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基于安卓蓝牙控制的智能车设计报告--学士学位论文.doc
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2023-07-01
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基于安卓蓝牙控制的智能车设计报告--学士学位论文.doc
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摘要:在科技日益发展的今天,无线遥控的机器人小车在危险环境作业、人员搜集
等应用中可发挥特殊的作用。智能车作为智能车辆的仿真车,是研究智能车辆的基础。介
绍了基于蓝牙遥控的多功能智能车。该设计采用 STC89C52RC 芯片为主控制器,利用
L298N 芯片驱动直流电机。同时利用安卓手机蓝牙无线遥控小车进入蓝牙手动模式,循迹
模式和避障模式。在蓝牙模式下小车采用蓝牙模块利用 Android 平台远程控制小车的移
动;在循迹模式下,采用红外光对管对黑线检测,判断出黑线的位置,将采集到的路况信
息输入 STC89C52 单片机中,让小车沿着黑线自动行驶;在避障模式下,让小车自由移
动,避障模块将使小车不会撞上障碍物。为了避免小车撞上障碍物,该小车使用了 HS-
RS04 超声波模块,通过超声波的发射与接受来确定障碍物的位置,避免小车撞上障碍
物。
关键词:智能车;51 单片机;蓝牙通讯;超声波测距;红外检测;
目录
1 方案比较与论证 .................................................................................................................1
1.1 循迹单元方案比较与选择.....................................................................................1
1.2 避障单元方案比较与选择.....................................................................................1
1.3 无线单元方案与比较.............................................................................................2
2 硬件电路设计 .....................................................................................................................3
2.1 总体设计 ................................................................................................................3
2.2 单片机模块 ............................................................................................................3
2.2.1 STC89C52 简介 ..............................................................................................3
2.3 电机驱动模块 ........................................................................................................4
2.3.1 参数 ...............................................................................................................4
2.4 电源模块 ................................................................................................................6
2.5 蓝牙模块 ................................................................................................................6
2.6 循迹模块 ................................................................................................................7
2.7 避障模块 ................................................................................................................7
3 软件设计 .............................................................................................................................8
3.1 智能车运动控制程序.............................................................................................8
3.1.1 智能车运动控制程序构思与框架................................................................8
3.1.2 智能车基础运动设计与实现......................................................................11
3.1.3 串口通讯接口部分 .....................................................................................13
3.1.4 智能车蓝牙手动模式设计与实现..............................................................14
3.1.5 智能车自主循迹模式设计与实现..............................................................16
3.1.6 智能车自动避障模式设计与实现..............................................................17
3.2 Android 蓝牙客户端设计与实现.........................................................................19
3.2.1 客户端界面设计 .........................................................................................19
3.2.2 BluetoothCar 类设计...................................................................................19
4 系统测试与结论 ...............................................................................................................20
4.1 硬件电路调试 ......................................................................................................20
4.1.1 独立元件的检测 .........................................................................................20
4.1.2 单片机最小系统的调试..............................................................................20
4.1.3 电源电路的调试 .........................................................................................21
4.1.4 驱动模块的调试 .........................................................................................21
4.2 软件调试 ..............................................................................................................21
4.2.1 C 语言的调试 ..............................................................................................21
4.2.2 JAVA 语言的调试 ........................................................................................22
4.3 制作总结 ..............................................................................................................22
参考文献 ..............................................................................................................................24
附录一:原理图 ..................................................................................................................25
附录二:源程序 ..................................................................................................................27
1
1 方案比较与论证
1.1 循迹单元方案比较与选择
方案一:采用可见光发光二极管和光敏二极管
采用普通可见光发光管和光敏管组成的发射-接收电路。其缺点在于易受到环境光源
的影响。即便提高发光管亮度也难以抵抗外界光的干扰。
方案二:采用反射式红外发射-接收器
采用反射式红外发射-接收器。直接用直流电压对发射管进行供电,其优点是实现简
单,对环境光源的抗干扰能力强,在要求不高时可以使用。
结论:根据成本和实现容易性,以及由于传感器可以在车体的下部,发射、接收距地
面都很近,外界光对其的干扰都很小。在基本不影响效果的前提下,为了简便起见,系统
选用了方案二。
1.2 避障单元方案比较与选择
方案一:超声波探测
超声波测距对色彩和光照不敏感,可用于识别透明及漫反射性的物体,可在黑暗、有
灰尘或烟雾的环境当中使用,超声波测距对电磁场及其他电磁干扰不敏感,可用于电磁干
扰强、有毒、有害等恶劣环境中,超声波传感器结构简单、体积小、成本低、技术难度
小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。当然超声波测距也有一定的缺点,比如受
温度、气流、材质的影响。
方案二:红外式探测
光电对管价格低廉,性能稳定,但探测距离过近(一般不超过 3cm),使得小车必须
制动迅速。而我们由于采用普通直流电机作为原动力,制动距离至少需要 10cm。
方案三:雷达探测
2
雷达测距受恶劣天气的影响比较大,且成本比较高,雷达还必须满足电磁兼容要求。
方案四:使用视频采集处理装置进行探测
使用 CCD 实时采集小车前进路线上的图像并进行实时传输及处理,这是最精确的障碍
物信息采集方案,可以对障碍物进行精确定位和测距。但是使用视频采集会大大增加小车
成本和设计开发难度,而且考虑到我们小车行进转弯的精确度并未达到视频处理的精度,
因而使用视频采集在实际应用中是个很大的浪费。
结论:综上所述,再结合我们的设计目标,采用方案一最符合设计要求。
1.3 无线单元方案与比较
无线控制是为了能够实现对智能车的远程遥控,使小车可以在遥控状态下代替人类完
成一些危险项目。目前短距离无线数据传输技术主要有两大类,一类是基于 IrDA 红外无
线通信技术,另一类是基于 ISM(Industrial Scientific Medical)频段射频通信技术。
较为主流的几种通信技术之间既存在着相互竞争,但又在某些实际应用领域内相互补充、
相互配合,究竟选择何种技术更优越,需要由具体的工作环境来决定。表 1-3 所示为四种
短距离无线通讯技术主要性能参数。
表 1.3 四种短距离无线通讯技术主要性能参数
蓝牙技术
红外技术
WiFi 技术
ISM 射频技术
通信距离
<100m
<10m
<300m
<1000m
通信速率
<10Mb/s
<16Mb/s
<11Mb/s
<500kb/s
通信频率或波长
2.4GHz
0.75um-24um
2.4GHz
315、433.868、
915 和 2400MHz
频率申请
否
否
否
否
开发难度
易
难
难
易
模块成本
较低
很低
较低
低
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