基于51单片机的蓝牙智能小车设计.docx

摘要1978年改革开放政策正式实施，40年过来，国家经济高速发展，人民生活水平也随之提高。在过去，人们购买汽车只是单纯的为了代步，但随着科技的日新月异，现在汽车的代步作用已经不能满足人们的高品质需求，人们往往更在意汽车的智能化水平，所以智能汽车的概念受到了越来越多人的推崇。本课题研究的就是基于51单片机的蓝牙智能小车的设计，设计选用STC89C52芯片为设计主体，用L298N芯片作为电机驱动芯片，借助蓝牙技术，采用C语言编程环境设计和实现了一种可以通过手机app来控制小车运动的新的解决方案。本文介绍了基于51单片机的蓝牙小车要实现的功能，研究了智能车辆的国内外研究现状，发展趋势以及目的和意义；从系统硬件电路设计，软件程序设计，系统整体的安装和调试等方面对本设计的原理和设计过程进行了阐述；对本设计所涉及到的各模块原理进行了概述；最后总结了本设计完成的任务，分析了设计存在的不足。 通过研究和学习，本设计完成了以51单片机为设计主体的外围硬件电路设计，完成了C语言模块化编程，解决了利用蓝牙技术来控制小车的运动状态，实现了通过手机蓝牙app来控制小车前进、后退、左转、右转等实时控制功能，对未来智能汽车的控制方式研究提供了一定的参考意义。关键词：STC89C52，L298N，单片机，C语言，蓝牙IAbstractThe reform and opening-up policy was formally implemented in 1978. Over the past 40 years, China's economy has developed rapidly and people's living standards have also improved. In the past, people bought cars simply for the sake of transportation, but with the rapid development of science and technology, the transportation function of cars can no longer meet people's high quality needs, and people tend to pay more attention to the intelligent level of cars, so the concept of intelligent cars has been praised by more and more people.This topic is based on 51 MCU Bluetooth intelligent car design, design using STC89C52 chip as the main design, using L298N chip as the motor driver chip, with the help of Bluetooth technology, using C language programming environment design and implementation of a mobile phone app to control the car movement of a new solution. This paper introduces the functions of Bluetooth car based on 51 single chip microcomputer, and studies the research status, development trend, purpose and significance of intelligent vehicle at home and abroad. From the system hardware circuit design, software program design, system overall installation and debugging of the design principle and design process are described; The principle of each module involved in this design is summarized. At last, the paper summarizes the tasks of the design and analyzes the shortcomings of the design.Through research and study, this design completed by 51 single chip microcomputer as the main body in the design of the peripheral hardware circuit design, completed the modular programming, C language is solved using Bluetooth technology to control the movement of cars, realized through mobile phone Bluetooth app to control the car forward, backward, turn left, turn right, and real-time control functions, for the future study on the control of smart car provides a certain reference significance.Keywords: STC89C52, L298N, SCM, C language, BluetoothII重庆邮电大学本科毕业设计（论文）目录第1章 引言11.1 研究背景和意义11.2 国内外研究现状11.2.1国外研究现状21.2.2国内研究现状31.2.3发展趋势分析31.3 主要内容和工作安排41.3.1主要内容41.3.2工作安排4第2章 蓝牙智能小车关键技术72.1蓝牙技术的原理72.2蓝牙技术的特点72.3蓝牙技术的应用82.4本章小结9第3章 系统总体方案设计113.1系统功能113.2系统组成113.3系统硬件的选取123.3.1主控制芯片的选择123.3.2蓝牙模块的选择143.3.3电机驱动的选择143.3.4电源的选择163.4本章小结16第4章 硬件电路设计174.1 单片机最小系统电路174.1.1复位电路184.1.2晶振电路194.2总电源电路194.3电机驱动电路204.4蓝牙接口电路224.4.1 HC-05蓝牙模块介绍224.4.2 HC-05主要AT指令224.4.3 HC-05蓝牙接口接线方式234.5整体电路与PCB制图234.6本章小结25第5章 系统软件设计275.1 系统软件需求分析275.2 主程序设计275.2.1主程序编程软件介绍275.2.2 单片机程序介绍285.3 手机app介绍305.3.1 SPP蓝牙串口软件简介305.3.1 SPP蓝牙串口软件界面设计305.4 本章小结32第6章 实物制作与系统测试336.1 实物制作336.1.1元件清单336.1.2 PCB板制作356.1.3电路焊接356.2 硬件电路测试366.2.1最小系统测试366.2.2电源电路的测试366.2.3蓝牙模块测试376.2.4电机驱动模块测试386.3软件功能测试386.3.1主程序测试386.3.2手机app连接测试396.4整体测试406.5本章小结41第7章 总结与展望437.1 主要工作与创新点437.2 后续研究工作展望44参考文献45致谢47附录48一、 英文原文48二、 英文翻译62三、 源程序72四、 电路原理图76VI第2章 蓝牙智能小车关键技术VII第1章 引言第1章 引言1.1 研究背景和意义21世纪是一个科技爆炸的时代，企业长期处在激烈的竞争当中，而企业尤其是科技企业存活的关键就是不断的投入研发以提高企业自身的生产及自动化技术，在这种背景下，智能小车以及在智能小车的基础上研究和开发出来的相关产品在物流运输和快件分类等领域扮演着越来越重要的角色。智能汽车是一个综合环境意识、规划决策、多层次驾驶辅助等多功能于一体的综合性系统，它结合了当前比较前沿的高科技技术，比如：先进传感器技术，信息与通信技术，计算机科学与智能技术，自动控制技术等等。智能车辆可以看作是是机器人中的一种特例，它可以通过编程手段来完成相应的运动从而完成一些特定的任务。通过对智能车辆的研究，设计和开发，可以大大的提高车辆的控制效率和驾驶水平，从而使汽车在行驶过程中更安全，更可靠。对车辆控制系统的研究和改善，从某种意义上来说是辅助驾驶员看的更远，更宽广，感觉更好，更真实，从而增强驾驶员对于汽车的驾驶能力，进一步保障道路交通中的安全性。智能车辆的主要特点就是通过技术手段来弥补人们在驾驶汽车过程中的缺陷和不足，使得即使是在道路环境十分复杂的情况下，车辆也能自动或者辅助驾驶者避开障碍物，在道路上沿着安全的轨迹行驶。目前，智能小车以及智能小车的衍生产品已经成为众多国家研究的热点。选择蓝牙作为小车的控制方式，是因为蓝牙相较于其他控制方式有诸多优点。在短距离内，蓝牙可以不需要传统电线的连接而让一些固定的设备与移动器件连接进行通信和数据交换。这种通信方式具有灵活，安全性好，成本和功耗低的特点。此外，利用蓝牙来控制小车可以用较低的价格，简单的电路来实现控制，方便操控，增强趣味性。1.2 国内外研究现状从古至今，人们从最开始的石器、木材、泥土到现在的飞机、船舶、汽车，人们一直在探索自然，创造科技，而科技也反过来改变着人们的生活方式，到20世纪，社会的分工越来越细化，越来越多简单且复杂的工作涌现出来，人们在这种日复一日的枯燥工作中期盼着能够出现某种机器来帮助自己从事这类工作。1959年，美国科学家发明了世界上第一台工业机器人，到了21世纪，机器人已经在医疗、物流、交通、国防等各个领域，各个学科发挥着重要作用。特别是近几年，人工智能的发展赋予机器人更多的智慧，人们的生活方式在也在潜移默化的发生着改变，在探索自然，创造科技的过程中，人类梦想着有一天能够制造出与人类一样拥有思考能力，分析能力和解决问题能力的机器人。而在机器人的众多分类之中，智能车辆作为分支之一更是近年来科学研究者们重点关注的方向，同时也是众多汽车厂商在经济全球化的市场竞争中能够占据制高点的关键。1.2.1国外研究现状从上个世纪五十年代开始，智能汽车的研究就已经开始萌芽了，特别是国外的一些发达国家，其中，美国和日本两个国家对智能汽车的研究尤为重视，欧洲的一些国家也投入大量的资金用于研究智能汽车的研发。2000年，日本的本田汽车公司开始投入SIMO自动机械技术的研发，以满足人们对自动驾驶汽车的需求。2011年，在第42届东京车展上，日本丰田汽车公司为旗下新推出的混合动力版(Hybird)丰田普锐斯(Prius)配备丰田自己研发的AVOS自动驾驶操作系统。2014年，在拉斯维加斯的消费电子展上，包括奔驰，宝马，奥迪在内的世界前十大汽车生产商都在这次大会上展示了自家汽车的无人驾驶技术。2014年，美国谷歌公司宣布将会在合作伙伴生产的汽车上安装安卓操作系统，并会在实际道路上测试其自动驾驶技术。2015年，日本开始在全国范围内开展具有先进避障和跟踪导航技术的智能车辆研究。2019年初，美国新能源汽车生产厂商特斯拉公司总裁马斯克透露，公司生产的特斯拉汽车将在今年年末实现全自动驾驶。1.2.2国内研究现状中国作为世界第一大汽车市场，智能汽车的市场需求也必将更大，为了应对国外智能汽车研究公司的冲击，国内也开始了对智能汽车的设计和研发，虽然起步比较晚，但也取得了较大进步和一系列成果，但是距离发达国家的水平还有一定的差距。2014年4月份，中国互联网公司巨头百度公司与宝马汽车公司宣布将开展深度合作，开始自动驾驶汽车项目的研究，并将在北京、上海等道路情况复杂的高速公路上进行自动驾驶测试。2014年4月21日，在重庆举办的中国产业研讨会上，展出了一台由长安汽车公司和重庆邮电大学一起研发的无人驾驶汽车，该无人驾驶汽车利用车上众多的摄像头和传感设备收集信息，再用电脑进行图像匹配和图像融合分析，实现对环境的实时检测与识别，从而实现无人驾驶。2017年12月，由深圳巴士集团，中兴通讯有限公司、南方科技大学等单位联合打造的自动驾驶公交阿尔法巴（Alphabus）正式在开放道路上运行，并公开采集运行数据。2018年4月，长安汽车公司获得资格，可以在重庆市的相关道路上进行自动驾驶汽车测试，一年后公司相关负责人向外界透露公司的自动驾驶技术已实现量产，已经可以完成自动停车，自动巡航等技术。2019年4月，在2022年第19届亚运会汽车服务官方合作伙伴签约仪式上，吉利汽车发布重磅信息，将在杭州亚运会期间，在亚运会区域内全面实现自动驾驶。1.2.3发展趋势分析中国的经济发展就如同火箭腾飞一样越来越快，人民的生活水平也在随之提高，在出行方面来说，汽车的代步作用已经不能满足人们的高品质需求，汽车的智能化水平也成为人们购买汽车产品时考虑的重要因素，所以智能汽车市场的竞争将会越演越烈，智能汽车及其相关领域的研究也将成为国际热门。此外，基于电动、燃料电池为动力的新能源汽车和5G技术的成熟应用将为智能汽车的发展铺好道路，积累力量。将来，随着智能汽车以及智能汽车相关产业的蓬勃发展，我国乃至世界各国的道路交通管理将会变得越来越智能化，这将有利于人类走出空间利用不足，全球气候变暖，能源稀缺等困境，从而实现人类的可持续发展。1.3 主要内容和工作安排1.3.1主要内容本文讲的主要内容是利用STC89C52单片机作为设计主体来实现通过蓝牙来控制小车的一种设计方法。整个系统以L298N电机驱动模块以及电源模块并根据蓝牙通信原理选用HC-05蓝牙模块围绕单片机进行外围硬件电路设计，硬件电路主要包括单片机最小系统电路、驱动电路以及蓝牙接口电路；软件部分，编程语言选用C语言，手机app采用软件商店里面现成的蓝牙串口软件，利用这个软件可以对小车进行控制，让它实现前进和后退，左右转弯的功能。1.3.2工作安排全文共分为7章，具体内容如下：第1章是引言，主要介绍了本设计的研究目的和意义，对近年来智能车辆在国内外的研究成果进行了概述，并对其发展趋势做出了分析，最后说明了本设计的主要研究内容和工作安排。第2章是蓝牙技术的概述，主要介绍了蓝牙无线通信的原理，特点以及蓝牙技术在日常工作生活中的应用。第3章是系统总体方案设计，介绍了本设计要实现的功能、系统组成,给出了本系统的总体框图,然后从各模块的功能特性,特点优势方面对主控芯片的选择,蓝牙模块的选择,驱动电机模块的选择以及电源模块的选择进行了说明。第4章是硬件电路设计，是对硬件电路各个部分的说明，介绍了本系统在设计过程中如何以51单片机进行外围硬件电路设计，并对总电路图进行了展示。第5章是系统软件设计，主要分为两部分内容，一个是主程序设计部分，给出了本设计的软件流程框图和控制框图；另一部分则介绍了利用SPP蓝牙串口助手软件进行手机端的控制界面设计。第6章是实物制作与系统测试，在实物制作部分主要介绍了在PCB板的制作和电路焊接过程中要注意的一些问题，给出了本设计所用到的元件清单和PCB板焊接的实物图；在系统测试部分对硬件电路各部分的测试工作以及系统主程序，手机app连接等软件功能测试工作进行了介绍。第7章是对本设计的总结和展望，总结了本设计完成的主要工作和一些创新点，分析了本次设计所存在的不足以及有待改善的地方，最后展望了本设计的后续工作。55第2章 蓝牙智能小车关键技术第2章 蓝牙智能小车关键技术蓝牙智能小车的关键技术就是蓝牙无线通信技术，它指的是一种在短距离内的无线通信技术。它可以有效地简化ipad、个人电脑和手机电话等移动通信设备之间的数据通信以及这些设备与互联网之间的连接，并让这种通信方式效率更高，更加便捷也为无线通信领域提供新的实现途径。2.1蓝牙技术的原理主从关系：蓝牙规定，两个蓝牙设备在通信之前必须遵循主从逻辑，即有一个设备必须是主要角色，另外一个设备为从角色，两个主设备或两个从设备都不能进行配对连接。通信时的流程是由主设备搜索从设备，链接建立完成后，双方才能互相发送和接收数据。呼叫过程：在主设备和从设备建立链接过程中，当进行到配对这一步时需要手动输入从设备的识别密码，但是也有不需要输密码的情况，这一步完成之后从设备会记录主设备的信息，已经配对的设备将不需要在下一次的调用中再次配对。链路成功建立后，主从设备之间可以相互进行数据或者语音信息的传输。此外，在传输过程中，主设备和从设备都可以随时断开链接。数据传输：在数据传输过程中，先设置好主从设备的配对信息，然后它们进行一对一的数据传输方式，这种方式也是蓝牙最常见的应用中的一个。主设备有从设备的识别密码，地址等信息，串行传输是透明的，不需要进行外围电路操作。这种应用方式中，从设备可以有两种不同的状态，一是默认状态，在这种状态下它只能够和特定的主设备连接而不会被其他的设备寻找到；二是开发状态，和第一种状态不同的是，此状态下，它既可以由主设备指定，也可以和其他的设备连接。2.2蓝牙技术的特点从目前的应用状况来看，蓝牙主要具有如下特点：1、适用范围广蓝牙的ISM工作频段在国际多数国家的ISM规定频段之间为2.4GHz，所以在使用蓝牙通信时不需要向各个国家的信息管理部门申请许可，可直接使用。2、 可以同时传输数据和语音用过蓝牙设备的人都知道，利用蓝牙既可以用来传输图片、音乐等文件，还可以用它来通话，而这就是因为蓝牙可以同时传输数据和语音。3、 抗干扰性良好蓝牙使用调高频率的方法来扩展光谱，这样可以较少其它无线电设备的干扰。4、 体积小，便于集成一般蓝牙通信模块的体积较小，所以它可以很方便的集成在其他设备当中，在生活中，我们可以在手机，IPAD等设备中看到蓝牙的应用。5、 功耗低蓝牙设备一般具有多种低功耗的省电模式，就拿生活中常见的蓝牙耳机来说，充一次电，它可以连续使用几天。6、 成本低由于蓝牙通信技术的成熟和普及，各大生产厂商纷纷推出自家蓝牙芯片和模块，价格自然飞速下降，且在设备集成了蓝牙模块之后只需要增加很少的费用，大大的降低了使用成本。2.3蓝牙技术的应用蓝牙技术的优势让它在家庭，办公室，运动场所等地方得到了很好的应用，它为人民的工作，生活提供极大的便利，主要表现在以下四个方面：居家方面：随着现代科技的进步，越来越多的人选择居家办公这一更加随意高效的办公方式。通过蓝牙技术，人们可以摆脱传统电路线缆的困扰，这不仅增加了家庭环境的美感，也让人们居家办公，娱乐更加便利。工作方面：传统的办公室因为过多的电缆，电线而让办公室显得杂乱无章，而且还会增加安全风险，而运用蓝牙就可以解决这些问题，并且它还可以用来创建一个实时通讯网络，处于同一个工作环境中的办公室员工可以即时的上传工作文件，其他的员工也可以即时的查看，从而减少一些时间上的浪费，提高效率。出行方面：蓝牙技术支持语音传输的特点让人们在开车的时候可以通过使用蓝牙耳机，车载蓝牙免提等设备接听电话，从而避免因为注意力不集中导致的安全事故，保障驾驶员的安全驾驶。娱乐方面：在听歌，玩游戏，分享照片的时候使用蓝牙技术可以不再局限于设备线长或者U盘的限制，不管是骑车，跑步还是旅行时都能无拘无束，带来真正的无线体验。2.4本章小结本章先是从主从关系，呼叫过程和数据传输三方面介绍了蓝牙无线通信的原理，接着从蓝牙技术目前的应用效果总结出了蓝牙技术的6个特点，最后介绍了蓝牙技术在我们日常工作生活中的各种应用。第3章 系统总体方案设计第3章 系统总体方案设计3.1系统功能本设计是一种成本较低，易于操作的蓝牙智能小车解决方案。系统主要由5个模块组成，一是由STC89C52单片机组成的最小系统模块；二是由负责系统与手机连接和数据传输的HC-05蓝牙模块；三是用来驱动直流电机的由L298N芯片，二极管等组成电机驱动模块；四是为芯片和电机供电的总电源模块；五是由直流电机，小车轮胎组成的运动模块。其中，单片机的作用主要是控制L298N电机驱动芯片；蓝牙通信模块基于Bluetooth Specification V2.0 with EDR蓝牙协议，用于接收从手机端发送过来的指令；L298N芯片以及二极管组成的驱动模块用来控制电机的正反转和停止；电源模块由6节干电池组成，它提供两个电压，一是为两个芯片提供5V电压，二是为电机提供9V电压。3.2系统组成图3.1 总体系统框图系统总体框图如图3.1所示。其中，STC89C52单片机是主控制芯片，主要用于控制L298N芯片上的电平变化，蓝牙模块电路负责和手机蓝牙端建立连接进行数据的传输；电源模块电路负责给整个系统供电，它提供两个电压，一是为两个芯片提供5V电压，二是为电机提供9V电压。；L298N电机驱动的作用是按照单片机的控制要求，控制二极管的开通和关断，从而控制电平的变化；直流电机的作用是作为电动机驱动小车轮胎的转停。3.3系统硬件的选取3.3.1主控制芯片的选择主控制芯片是系统的控制核心，因此控制器的选择将会对整个系统的性能产生巨大的影响。总的来说，在进行单片机芯片选型时，要注意以下几点：1、需求性：芯片具有的功能可以满足或大于设计的需求，减少外围器件的使用。2、技术性：在选择单片机时需要考虑单片机的工作频率，内部架构，兼容性等技术指标，只有当这些指标都符合要求时才能选取。3、实用性：在选择单片机时，要从质量，价格，适用性等方面来综合考虑，选择高质量，低价格实用性强的芯片。考虑到以上各种因素，同时综合本设计的功能需求，最终选用STC89C52单片机作为主控制芯片。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗，高性能CMOS8位微控制器。 STC89C52采用了经典的51单片机的内核，但进行了许多改进，使得芯片具有传统51单片机所没有的功能，STC89C52单片机的相关参数如表3.1所示。表3.1 STC89C52单片机参数特点指标参数特点内核采用经典51单片机的内核，但进行了许多改进，使得芯片具有传统51单片机所没有的功能，但其指令代码完全兼容传统8051芯片存储器8k字节Flash程序存储器，512字节数据存储器，且内置4KB EEPROM工作电压3.3-5.5V工作频率0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可达48MHzI/O接口通用I/O口32个，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻ISP/IAPISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序定时器拥有3个16位定时器/计数器，即T0，T1，T2，且具有看门狗定时器功能中断外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒复位内置MAX810复位电路，原复位电路可以保留，也可以不用，不用时，RES引脚经1K电阻接地通信接口通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART工作模式掉电模式:典型功耗<0.1A,可由外部中断唤醒,中断返回后,继续执行原程序；空闲模式:典型功耗2mA典型功耗；正常工作模式:典型功耗4mA7mA典型功耗与传统的51单片机相比，STC89C52单片机具有如下优势：1、 拥有更大的存储器空间， 对于内部ROM程序存储器来说，89C51是4K字节，但89C52是8K字节；对于RAM来说，89C51为128字节，STC89C52为512字节。2、 89C51只有2个定时器，89C52有3个定时器，多了个T2定时器，相应的增加了定时器2中断。STC89C52单片机的原理图如下图3.2所示。图3.2 STC89C52单片机原理图3.3.2蓝牙模块的选择蓝牙模块分为主机和从机，主机和主机之间不能连接通信，从机和从机之间也不能通信，只有主机和从机之间才能建立连接进行数据的传输。而本设计所涉及到的蓝牙模块主要是起到接收从手机端发送过来的指令的功能，故属于从机。在选择蓝牙模块时，我选择了性价比高，质量好，指令丰富的HC-05蓝牙模块。HC-05既可以设置为主设备，也可以当作从设备使用，而且它拥有丰富的指令集。简而言之，当两个蓝牙设备输入密码成功建立链接后，就像是在隧道两端的人在传话，一个人在一边喊话，另一边的那个人就能听到，同样，另一个人回话时，前一个人也能听到，因为它们在同一个隧道中。两个蓝牙设备就是使用的同一个通道，我们也可以把这个通道叫做串口，一个设备发送完数据后，另一个设备就可以在这个通道中接收到数据，从而完成数据的传输。HC-05蓝牙模块的实物图如图3.3所示。图3.3 HC-05蓝牙模块实物图3.3.3电机驱动的选择因为单片机的I/O是不能直接驱动电机的，所以就需要用到电机驱动。本设计选用L298N芯片作为电机的驱动芯片，L298N驱动芯片可以与电源直接连接，调节输出电压，本设计中它受单片机的控制，随着单片机I/O口信号的变化而变化。L298N的相关参数、特性如表3.2所示。表3.2 L298N相关参数、特性指标参数特性类型双H桥式功率供电电压最低为2.5V，最高可以达到48V逻辑供电电压5V，而且接受5vTTL电平输入接口4个，分别是IN1，IN2，IN3，IN4，其中IN1、IN2控制电机1；IN3、IN4控制电机2输出接口4个，分别是OU1，OU2，OU3，OU4应用可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，而且可以引入PWM调速另外，L298N芯片的电路简单，使用起来比较方便，非常适合本设计。L298N的系统结构图如图3.4所示。图3.4 L298N的系统结构图L298N的逻辑关系表如表3.3所示。表3.3 L298N逻辑关系表EnALn1Ln2电机运转状态0XX停止110正转101反转111刹停100停止3.3.4电源的选择电源的选择需要满足单片机供电电压5V的要求，且需要给整个小车系统提供9V的电压，这就需要用到可以提供直流电的电源器件，主要有以下几种方案：方案一：使用开关电源将220V交流市电转换成5V直流电。首先，将交流电整流转换为直流电，但是会存在谐波，所以需要经过滤波电路，之后再降压最终变为可给系统供电的直流电。但是开关电源存在散热差，不适宜长时间工作且需要用到耐压值较高的电容元件等问题，主要用于大功率应用场景。所以，对于本设计来说，此方案不合适。方案二：直接使用干电池给系统供电。干电池能够提供稳定的直流电，从而让系统稳定的工作，虽然干电池的成本比交流电要高，但是综合来说将交流电转化为直流电所需要用到的器件成本比干电池要高，而且本设计在调试或者展示的时候，使用交流电有诸多不便。综上所述，选择干电池供电比较合理，即方案二。3.4本章小结本章介绍了本设计要实现的功能、系统组成，给出了本系统的总体框图，然后从各模块的功能特性，特点优势方面对主控芯片的选择，蓝牙模块的选择，驱动电机模块的选择以及电源模块的选择进行了说明，而下一章则会详细介绍系统的硬件设计等内容。第4章 硬件电路设计第4章 硬件电路设计4.1 单片机最小系统电路单片机最小系统即能使单片机正常工作的最小硬件电路，本设计最小系统电路主要包括主控芯片、复位电路、晶振电路和电源电路几部分，最小系统原理图如图4.1所示。图4.1 单片机最小系统原理图4.1.1复位电路一般的单片机系统设计,需要设置复位电路,所谓的单片机复位,即是让单片机CPU以及在系统中的其他的功能部件从预先设置好的一个原始工作状态进行最开始的工作,复位电路便可以通过复位选择直接达到初始状态。单片机在日常运作的过程之中,会因为用户操作或者外界的一些不可抗干扰等问题,导致其内部的寄存器中的数据发生混乱,进而影响其正常的程序运行状况，通常复位电路有开关复位和上电自动复位两种形式，本设计所采用的是开关复位方式。开关复位的原理：当按下开关S1的时候，此时10uF的电容就被短路了，同时电容将会进入放电状态，并且，此时单片机的RST即第9引脚相当于直接与5V的电源连接，在此状态下将会对高电平进行复位；当松开开关S1的时候，电容与5V电源直接连接，并且经过10K的电阻接地，此时，电容与电阻串联，电容处于充电状态中，经过一段时间后，电容充电完成，电容电压达到5V，此时电容相当于断路，而单片机的RST即第9引脚上就变成了低电平，系统正常工作。本设计中的复位电路由开关、电容、电阻三个元器件组成，开关S1，按下时进行复位，容值为10uF的电解电容C1，正极接5V电源，负极与开关的另一端一起经过10K的电阻接地，复位电路图如下图4.2所示。图4.2复位电路图4.1.2晶振电路晶振电路的功能是为系统提供基本的时钟信号。本设计的晶振电路由晶振Y1、两个瓷片电容C2和C3组成，STC89C52单片机常选择11.0592MHz，12MHz或者6MHz的石英晶体振荡频率，当采用石英晶振时，电容容值可以在20PF 40PF 之间选择，为了能够消除误差，得到准确的波特率，本设计选择的晶振频率为11.0592MHz，电容选用的是两个容值为20PF的电容。晶振电路如图4.3所示。图4.3晶振电路4.2总电源电路本系统选择用6节干电池组成的直流电源作为总电源，它提供两个电压，一是为两个芯片提供5V电压，二是为电机提供9V电压，此电源电路结构简单，电源稳定，电路原理图如下图4.4所示。图4.4电源电路图4.3电机驱动电路L298N的引脚图如下图4.5所示。图4.5 L298N引脚图其中，5，7，10，12引脚为输入端，分别对应IN1，IN2，IN3，IN4，它们分别连接单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3接口，接入控制信号控制直流减速电机的正反转；2，3，13，14引脚为输出端，分别对应OU1，OU2，OU3，OU4，分别在第一个输出口OU1，第二个输出口OU2和第三个输出口OU3，第四个输出口OUT4引脚之间接入四个直流减速电机，左边的两个电机并联，右边的两个电机并联；第6引脚和第11引脚为控制使能端，控制电机的停止和转动。本设计中，L298N电机驱动电路原理图如图4.6所示。图4.6电机驱动电路原理图图中，第1，第8，第15引脚直接接地，第9引脚接5V电源给芯片供电，第4引脚接9V电源给电机供电。为了更加简便，本设计中第6引脚和第11引脚即控制使能端直接接5V电源，为高电平信号，所以本设计的逻辑关系如表4.1所示。表4.1 L298N驱动电机逻辑关系表IN1IN2IN3IN4左电机右电机小车运动状态1001正转正转前进1000正转停转右转0001停转正转左转0110反转反转后退0000停转停转停止4.4蓝牙接口电路4.4.1 HC-05蓝牙模块介绍HC-05是一个主从一体且切换简单的蓝牙模块，它的相关参数、特性如表4.2所示。表4.2 HC-05蓝牙模块相关参数、特性指标参数、特性模块尺寸大小27mm*13mm*2mm输入电压3.6V6V工作电压3.3V出厂默认参数波特率为9600，用户可设置；配对密码为1234；默认名称为HC-05；默认为从机。工作状态自带状态指示灯，当红色LED等快速闪烁时表示此时蓝牙未连接，当红色LED灯缓慢闪烁时，表示此时为AT指令状态。工作模式一个是命令响应模式，在命令响应模式下，用户可以通过向蓝牙模块发送AT指令来设置控制参数或者发布控制命令，此时蓝牙模块能执行所有的AT指令；二是自动连接模式，当模块处于自动连接模式时，模块分为主、从、环回三种工作角色，蓝牙模块将自动按照原先设置的连接方式进行数据传输。4.4.2 HC-05主要AT指令HC-05蓝牙模块具有丰富的AT指令，主要AT指令如表4.3所示。表4.3 HC-05主要AT指令指令发送返回例测试ATOK模块复位AT+RESETOK恢复默认状态AT+ORGLOK设置名称AT+NAME=<Param>OKAT+name=CQUPTrn设置密码AT+PSWD=<Param>OKAT+PSWD=1234rn查询地址AT+ADDR?+ADDR：<Param> OK返回+ADDR：0021:13:0573EB OK设置串口参数AT+UART=<Param>,<Param2>,<Param3>OKAT+UART=19200,0,1,rn4.4.3 HC-05蓝牙接口接线方式HC-05蓝牙模块的4条引脚与单片机的连接方式：第四引脚即电源引脚接5V电源，第三引脚即接地脚。第1引脚是蓝牙的接收端，接收从单片机发来的数据，连接单片机的第11引脚即单片机的输出端。第2引脚是蓝牙的发送端，蓝牙模块发送数据给单片机,连接单片机的第10引脚即单片机的接收端。本设计中HC-05蓝牙接口简化电路图如图4.7所示。图4.7 HC-05蓝牙接口简化电路图4.5整体电路与PCB制图在完