基于單片機的智能小車的軟件系統(tǒng)的開發(fā)

張彥麗

(廈門華天涉外職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361102)

藍牙(Bluetooth)通訊技術(shù)是一種開放的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，頻段為2.4GHz ISM，采用跳頻擴頻技術(shù)，藍牙通訊廣泛應(yīng)用于短距離移動設(shè)備和固定設(shè)備，可以實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)互連，有成本低、耗能低、通訊安全可靠等諸多優(yōu)點，隨著藍牙技術(shù)的發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品內(nèi)置集成藍牙模塊，極大提升產(chǎn)品功能性與使用效率。遙控小車在控制上使用藍牙，十分便利，可以利用藍牙控制小車增添生活樂趣，也可在一些特種環(huán)境遙控使用，保證人身安全。

隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高對自動化的要求也越來越高，智能車輛在工業(yè)層面上得到了更加廣泛的應(yīng)用。從各個角度來看，對智能車輛不斷的探究并追求最大的智能化都是必要的。在智能小車的研究及相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)方面，對國內(nèi)在此領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展與進步也非常有利。因此，需要研發(fā)出一款簡便而又高效化的小車控制系統(tǒng)具有重要的實際意義亦有遠大的科學(xué)理論價值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本設(shè)計是基于單片機的無線藍牙遙控小車的控制系統(tǒng)，手機APP 可以發(fā)送指令，靈活巧妙的控制小車運動。當(dāng)系統(tǒng)開機時，小車開啟藍牙，手機APP 啟動后，藍牙開啟，手動連接藍牙完成配對。用戶可通過APP 按鈕選擇運行模式，手動模式用戶通過APP 按鈕向小車藍牙發(fā)送操控指令改變小車運動方向，APP 能藍牙接收和顯示小車運行速度和距離。在自動模式下，能沿著紅外循跡到地面黑線運動，能紅外躲避障礙物，能通過光電編碼器測量轉(zhuǎn)速，并液晶顯示、藍牙發(fā)送運行速度和運動距離。本設(shè)計主要包括電源模塊、避障模塊、單片機主控模塊、藍牙通訊模塊、循跡模塊、電機驅(qū)動模塊、顯示器等模塊。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 編程語言及開發(fā)環(huán)境

單片機編寫程序時一般使用的語言是匯編語言和C 語言。匯編語言是接近單片機硬件的編程語言，當(dāng)CPU 不同時，匯編程序也就不容易移植了，通用性較差，程序的開發(fā)周期也比較長，由匯編語言編寫出來的程序雖然效率比C 語言高，但程序算法卻難懂。現(xiàn)今，單片機編程大都采用C 語言，C 語言的編程設(shè)計思想是將任務(wù)分割為若干個相互獨立卻又互有關(guān)聯(lián)的模塊，即模塊化程序思想。C 語言程序易于閱讀理解，編程效率也高，同時C 語言作為一種功能性描述的語言，其程序容易移植和修改。Keil uVision4 是一款基于PC 機的單片機程序開發(fā)軟件平臺。在Keil 開發(fā)環(huán)境下，能夠完成程序的編寫、編譯、以及軟件調(diào)試等多種行為，該軟件具備有性能強大的編輯器和調(diào)試器，可以對編寫的程序進行快速的檢查和修改。利用Keil 開發(fā)單片機應(yīng)用程序的步驟如下：新建一個工程文件→創(chuàng)建C 程序文檔→將程序添加到工程→編譯并修改調(diào)試C 程序→生成HEX 文件→燒寫到單片機內(nèi)→運行程序。

2.2 主程序設(shè)計

在主程序中，系統(tǒng)經(jīng)過一系列初始化之后，小車等待藍牙串口連接，藍牙串口連接完成后，等待手機APP 發(fā)出指令，分別有前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速、停止、循跡、避障指令，當(dāng)小車接收到指令，就會根據(jù)相應(yīng)指令運動，顯示屏?xí)恢憋@示小車速度和行駛距離。圖1 為主程序的程序流程圖。

圖1 主程序的程序流程圖

2.3 初始化程序

藍牙遙控小車的設(shè)計，需要使用到三個定時器，分別為定時器0、定時器1 和定時器2。定時器0 是用來小車速度調(diào)整，定時器1 是用來串行通信，為串行通信設(shè)置波特率，定時器2 是用來小車實時速度顯示定時。

初始化程序主要是設(shè)置SCON、TCON、TMOD、IE 的幾個寄存器。設(shè)置TMOD=0X22，定時器0 和定時器1 的工作方式選擇方式2，8 位的常數(shù)自動重新裝載定時器，SCON=0X50，串口工作方式為1，允許串口接收和發(fā)送，串口初始化設(shè)置的內(nèi)容如表1 所示。

表1 串口初始化設(shè)置

2.4 方向控制程序

本設(shè)計采用L298N 電機驅(qū)動模塊。由L298N 模塊各個端口的邏輯關(guān)系可知，當(dāng)ENA 與ENB 為1 時，通過控制IN1、IN2、IN3、IN4 端口電平的高低來改變電機的轉(zhuǎn)向。電機方向控制邏輯表如表2。

表2 電機方向控制邏輯表

2.5 循跡程序

初始化結(jié)束后，連接上手機藍牙，接收到藍牙發(fā)出循跡指令。小車前方有一對紅外對管，放別置于黑線兩側(cè)，紅外管相對于黑線有2mm 到4mm 的距離。當(dāng)兩對紅外管都沒有檢測到黑線小車保持直走。當(dāng)左側(cè)檢測到黑線時，左電機向后轉(zhuǎn)動，右電機向前轉(zhuǎn)動，直到左側(cè)離開黑線左右電機都向前轉(zhuǎn)動。同理當(dāng)右側(cè)檢測到黑線時，右電機向后轉(zhuǎn)動，左電機向前轉(zhuǎn)動，直到右側(cè)離開黑線左右電機都向前轉(zhuǎn)動。循跡流程如圖2 所示。

圖2 循跡流程圖

2.6 避障程序

初始化結(jié)束后，連接上手機藍牙，接收到藍牙發(fā)出避障指令。在小車的前面兩側(cè)放置一對紅外管。當(dāng)左側(cè)的紅外管檢測到障礙物的時候，小車開始右轉(zhuǎn)200ms。小車右側(cè)的紅外處于檢測到障礙物狀態(tài)，小車開始左轉(zhuǎn)200ms。當(dāng)小車兩側(cè)紅外都沒有檢測到障礙物時，小車直走。當(dāng)小車兩側(cè)紅外都檢測到障礙物時，小車后退100ms，在后右轉(zhuǎn)200ms。避障的程序流程如圖3所示。

圖3 避障流程圖