智能小车实训报告Word文档格式.docx
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这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单。
因为实现同样的功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。
但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少。
（2）EIB系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。
但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场[3]。
（3）8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。
它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。
但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。
二、国内研究现状
20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。
众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。
在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。
1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。
随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。
据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。
我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准。
目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：
（1）e家庭（海尔），该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。
海尔在技术上同微软合作，利用微软的WindowsMe技术和海尔的网络家电，使“e家庭”已具雏形，已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。
（2）e-home数字家园（清华同方），该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备。
产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。
其智能家居控制系统主要有以下三个部分：
A系列：
遵循EIB协议的家庭控制产品，适用于中高档住宅区。
B系列：
遵循X-10协议的家庭控制产品，适用于中档住宅区。
易家三代：
配电箱集中安装式家庭控制产品。
国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样的未来值得期待[4]。
第二节发展趋势
智能家居的发展分为三个阶段：
首先是家庭电子化（HomeElectronics）阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。
其次是住宅自动化（HomeAutomation）阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自动抄表功能。
最后是家居智能化（欧洲称为SmartHome，美国称为WiseHouse）阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全；
集中或远程调节家居环境的温度、湿度以及风的速度等，同时检查空气成分，提高空气质量；
调节音响，电视等娱乐设施，愉悦心情；
合理利用太阳能活周遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；
提供现代化的通信、信息服务。
第三节本章小结
Internet和移动通信的迅速发展，使人们对各种数据和移动服务的需求快速增长。
蓝牙技术作为一个全球开放性无线标准，通过把各种语言和数据设备用无线链路连接起来，使人们能够随时随地实现个人区域内语言和数据的交换与传输，随着技术的发展和完善，蓝牙必将对人们的生活和工作产生重大的影响。
第二章设计方案
第一节设计方案分析
一、设计要求
本次设计要求实现一个手机可以远程通过蓝牙控制小车的前进、后退、左转、右转和停止。
要求学生对单片机和安卓手机开发有一定程度的理解，熟悉单片机定时器/计数器以及中断的使用，会基本的C语言和java，熟练掌握keil51软件的使用与程序下载以及安卓手机软件开发环境。
二、设计构思
通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出该系统的整体构成。
本设计是以AT89C52单片机为核心，以设置手机界面来设置前进、后退、左转、右转、停止等功能。
单片机控制电机驱动来控制电机的正反转以实现小车的前进、后退、左转、右转、停止。
HC-06为蓝牙接收模块，通过与手机端的蓝牙进行连接配对，从而接收从手机端发送过来的动作指令。
接收到的指令再传递给单片机，单片机通过分析传递过来的指令不同，而跳转到不同的子程序来控制电机驱动，从而实现小车的前进、后退、左转、右转、停止等不同的动作。
电源提供给单片机5V直流电，L293D作为专用驱动芯片驱动电机。
三、系统框图
通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出该系统的整体构成，本系统的系统框图如图2.1所示。
图2.1系统框图
四、单片机的选择
单片机芯片选型时,总的原则是:
（1）芯片含有功能或数量略大于设计需求,设计需求尽可能用芯片完成，少用外围器件。
（2）技术性:
要从单片机的技术指标角度,对单片机芯片进行选择,以保证单片机应用系统在一定的技术指标下可靠运行;
（3）实用性:
要从单片机的供货渠道、信誉程序等角度，对单片机的生产厂家进行选择以保证单片机应用系统在能长期、可靠运行；
（4）可开发性：
选用的单片机要有可靠的可以开发手段，如程序开发工具、仿真调试手段等。
单片机仅用于控制电机驱动，用51结构的有Atmel的AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列（20引脚）或STC的所有单片机都可以实现。
根据在学校比较流行的学习单片机是AT89CXX系列，而且AT89C52单片机便宜，购买方便，故单片机选用AT89C52单片机[6]。
五、电机驱动的选择
底盘和最小系统确定好了后，小车还是跑不起来——缺少电机驱动。
单片机的I/O是驱动不了电机的，因此我选用的是L293D电机专用驱动芯片。
L293D通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系图如表2.1所示。
表2.1L293D模块逻辑关系图
EnA
Ln1（Ln3）
Ln2（Ln4）
运转状态
X
停止
1
正传
反转
同Ln2（Ln4）
同Ln1（Ln3）
刹车
L293D电机驱动模块性能特点：
1、可实现电机正反转及调速。
2、启动性能好，启动转矩大。
3、工作电压可达到36V，4A。
4、可同时驱动两台直流电机。
5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计[7]。
六、蓝牙模块的选择
本模块分主机和从机，主机能和从机配对通信，从机与从机之间或主机与主机之间不能通信，从机能和电脑、手机等的蓝牙配对通信，购买时默认为从机。
我们在做智能小车控制时，蓝牙模块主要是实现接收从手机端发送过来的指令，所以我们需要的是从机模块。
蓝牙串口在模块功能上，偶数命名的互相兼容，从机命名的也互相兼容，也就是说，HC-04与HC-06，HC-03与HC-05在功能上是兼容的。
HC-04与HC-06是比较早的版本，用户不可以自己切换主机或者从机，AT指令集很少，包括修改蓝牙名（限于从机），修改密码，修改波特率，询问版本号等几个基本功能。
在本次设计中我们只需实现简单的通信，因此选用HC-06模块。
HC-06模块只记忆最后一次配对过的从机，并只与该从机配对，直到KEY（26脚）高电平触发时放弃记忆，26脚默认应该为低电平。
七、电源的选择
电源给单片机及电机驱动等使用5V直流电的器件提供电源，供系统正常工作。
方案一：
使用开关电源将220V交流电转为5V直流电给系统供电。
开关电源的体积小，重量轻。
但由于需要耐压不小于220V的电容等特殊的元器件，日常生活中较难找全器件，开关电源的散热比较差，不适宜长时间工作。
故此方案不适宜。
方案二：
用变压器降压经整流桥整流和7805稳压后给系统供电。
变压器相对比较重，但他的电路稳定，适宜长时间供电。
能做到交流电供电正常时就能给系统正常供电。
但在交流电失电时系统会停止工作，这时的时钟也会停止走时。
在重新供电时系统会重启，从而造成原先设置的数据丢失。
故此方案存在漏洞，不适宜使用。
方案三：
使用交流电和干电池混合给系统供电。
在交流电不失效的情况下由交流电转5V直流电供电，在交流电失效情况下由干电池供电。
这样就能解决运行成本过高或者在交流电失效时丢失原先设置数据的问题。
方案四：
使用干电池给系统供电。
干电池供电能让系统稳定的工作，时钟的走时不受交流电的影响。
干电池的价格相对交流电而言较贵，用干电池单独供电会造成使用成本提高的问题。
但综合情况考虑到小车要前进、后退、左转、右转等问题，因此不可能采用交流电源来供电，最终决定电源采用干电池供电比较合理，因此采用方案四提供电源。
第二节本章小结
通过查找相关资料，首先确定要完成该设计需要到的硬件有单片机最小系统、蓝牙模块（只需实现接收数据，不用发送数据的从机模块HC-06）、电机驱动模块。
通过分析该设计需要实现的功能，而选择适合的芯片型号及供电的方式。
综合分析后绘制了该系统的硬件接线图。
第三章系统硬件电路设计
整个系统的硬件设计可以分为四个模块：
电源电路、单片机最小系统、电机驱动模块、蓝牙模块、。
电源电路为整个系统供电，包括单片机AT89C52、电机驱动、蓝牙模块、及其他外围电路。
电源电路分两个部分：
（1）接外部电源给电机供电；
（2）由4节干电池作为电源，给系统供电，以确保单片机、电机驱动、蓝牙模块的正常运行。
在电源电路给系统供电时，绿色指示灯点亮，只是当前供电正常。
单片机最小系统部分是整个系统的智能控制部分，也是整个系统的核心部分。
电机驱动模块L293D驱动直流电机。
第一节单片机最小系统
单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：
单片机、时钟电路、复位电路、输入/输出设备等。
图3.1单片机最小系统框图
图3.2单片机最小系统原理图
一、单片机AT89C52
AT89S52单片机片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。
根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0～33M之间。
片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。
可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。
不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。
同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线。
根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP-40的封装。
下面对定时开关系统中使用到的管脚进行简单说明.
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
RST——复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
二.时钟电路
在设计时钟电路之前，让我们先了解下51单片机上的时钟管脚：
XTAL1（19脚）：
芯片内部振荡电路输入端。
XTAL2（18脚）：
芯片内部振荡电路输出端。
XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。
在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。
一般来说晶振可以在1.2～12MHz之间任选，甚至可以达到24MHz或者更高，但是频率越高功耗也就越大。
在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。
和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。
当采用石英晶振时，电容可以在20～40pF之间选择（本实验套件使用30pF）；
当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30～50pF之间。
通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。
三.复位电路
在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。
MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位操作通常有两种基本形式：
上电自动复位和开关复位。
上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连，电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片被复位。
随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。
并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。
一般来说，只要RST管脚上保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。
图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，读者也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复位电路可靠。
四.EA/VPP（31脚）的功能和接法
51单片机的EA/VPP（31脚）是内部和外部程序存储器的选择管脚。
当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；
当EA保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。
对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。
在本实验套件中，EA管脚接到了VCC上，只使用内部的程序存储器。
这一点一定要注意，很多初学者常常将EA管脚悬空，从而导致程序执行不正常。
第二节电机驱动模块
一、L293D型驱动器的原理及应用
L293D四倍高电流H桥驱动程序。
L293D提供双向驱动电流高达600毫安，电压是从4.5V至36V的。
两个设备是专为驱动等感性负载继电器，电磁阀，直流双极步进和马达，也可以给其他高电流/高电压提供电源负载。
兼容所有的TTL输入。
每个输出都是推拉式驱动电路，与达林顿三极管和伪达林源。
启用1,2EN驱动器和3,4EN驱动器。
当使能输入为高电平时，相关联的驱动器被启用和他们的输出处于活动状态，并在其输入端的同相。
当使能输入为低，这些驱动器被禁用
其输出关闭，在高阻抗状态。
【PS：
1,2EN为1和2的使能端（高电平使能）；
3,4EN同理】用适当的数据输入端，每对驱动程序的形式一个完整的H桥可逆驱动器适用于电磁阀或电机应用。
L293D，外部输出为高速钳位二极管，应使用电感的瞬态抑制。
VCC1和VCC2分开，提供逻辑输入，以尽量减少设备功耗。
L293D的工作温度是从0°
C至70°
C。
其引脚图如下图所示：
图3.3L293D引脚图
二、驱动原理图
图3.4驱动原理图
第三节蓝牙模块
一、蓝牙模块HC-06介绍
1、采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准
2、核心串口模块工作电压3.3V。
带底板的可以为3.1-6.5V之间
3、波特率为1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200用户可设置
4、核心模块尺寸大小为：
28mmx15mmx2.35mm。
底板尺寸27mm*47mm
5、工作电流：
配对中为50MA，配对完毕通信中为28MA
6、休眠电流：
不休眠
7、用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统。
8、可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接
9、出厂默认参数：
从机，波特率：
9600，N，8，1。
配对密码：
1234
二、AT命令集如下
1、测试通讯
发送：
AT（返回OK，一秒左右发一次）返回：
OK
2、改蓝牙串口通讯波特率
AT+BAUD1返回：
OK1200发送：
AT+BAUD2返回：
OK2400
1---------1200
2---------2400
3---------4800
4---------9600
5---------19200
6---------38400
7---------57600
8---------115200
9---------230400
A---------460800
B---------921600
C---------1382400
不建议用在超过115200的波特率，信号的干扰会使系统不稳定。
设置超过115200后用电脑无法使用，要用单片机编程于高于115200才能使用此波特率和重新发AT命令设低波特率
用AT命令设好波特率后，下次上电使用不需再设，可以掉电保存波特率。
3、改蓝牙名称
AT+NAMEname
返回：
OKname
参数name：
所要设置的当前名称，即蓝牙被搜索到的名称。
20个字符以内。
例：
发送AT+NAMEbill_gates
返回OKname
这时蓝牙名称改为bill_gates，参数可以掉电保存，只需修改一次。
PDA端刷新服务可以看到更改后的蓝牙名称。
4、改蓝牙配对密码
AT+PINxxxx
OKsetpin
参数xxxx：
所要设置的配对密码，4个字节，此命令可用于从机或主机。
从机则是适配器或手机弹出要求输入配对密码窗口时，则手工输入此参数就可以连接从机。
主机则是在用主蓝牙模块连数码相机时，数码相机是从机，找到相机的配对密码，再设入主蓝牙模块，则主蓝牙模块就可以自动连接相机。
发送AT+PIN8888
返回OKsetpin
这时蓝牙配对密码改为8888，模块在出厂时的默认配对密码是1234。
参数可以掉电保存，只需修改一次。
三、实物图片
图3.5蓝牙模块实物图
四、原理图
图3.6蓝牙模块原理图
第四节本章小结
本章的任务主要介绍了各个模块的核心芯片，并完成了电路设计工作，本设计由51单片机最小系统、HC-06蓝牙模块、L293D电机驱动模块、电源电路、小车底板等组成。
然后确定设计硬件模块之间的电路连接图，为实物硬件制作做足准备。
第四章系统软件程序设计
这次设计可以用C语言编程序，也可以用汇编语言编程序，由于本次设计中程序系统用C语言编写程序。
此次设计所选用的单片机是AT89C52单片机，其C语言语法和结构和标准C语言基本相同，只是有了相应的扩充，用到的编译软件是KeilC。
下面结合我的程序编译简要介绍以下KeilC的编译环境的特点。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
KeilC51在使用前一定要先进行注册，否则程序过大会造成编译时出现地址使用错误。
程序在编译时就遇到过这种问题。
在单个程序运行时没有错误，但是一整合编译后出现地址冲突现象。
这个问题困扰了很长一段时间，通过查资料发现若是KeilC51软件没有注册的话使用时当程序过大就会出现地址冲突现象。
在注册完成后，程序编译能顺利通过[15]。
第一节主程序的设计
在本次设计中，主程序主要是在单片机的控制下，对蓝牙模块输入的信息进行存储分析，来控制电机驱动，以达到控制小车的前进、后退、左转、右转、停止。
在这个过程中，单片机首先进行初始化，包括设置单片机各个端口的方向，各个变量的初始化，以及单片机振荡频率的校准等。
单片
升级会员 