本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )題目 藍牙遙控循跡智能車 學院名稱 XXXXXX 學院 專業(yè)班級 電子信息科學與技術 11-3 班 學生姓名 XXXXXXX 導師姓名 XXXXXXX 二零一五年 五月 二十日藍牙遙控循跡智能車 作 者 姓 名 X X X 專 業(yè) 電子信息科學與技術 指導教師姓名 X X X 專業(yè)技術職務 X X 齊魯工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是本人在指導教師的指導下獨立研究、撰寫的成果。設計（論文）中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料，均已在設計（論文）中加以說明，除此之外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示了謝意。本聲明的法律結果由本人承擔。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 2015 年 5 月 25 日齊魯工業(yè)大學關于畢業(yè)設計（論文）使用授權的說明本畢業(yè)設計（論文）作者完全了解學校有關保留、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：學校有權保留、送交設計（論文）的復印件，允許設計（論文）被查閱和借閱，學?？梢怨荚O計（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、掃描等復制手段保存本設計（論文）。指導教師簽名： 畢業(yè)設計（論文）作者簽名 2015 年 5 月 25 日 2015 年 5 月 25 日目 錄摘 要 .1ABSTRACT .2第一章 緒論 .31.1 藍牙通信的研究背景和現(xiàn)狀 .31.2 整車設計思路 .51.3 本文的主要工作 .5第二章 樣開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具介紹 .62.1 樣系統(tǒng)硬件開發(fā)平臺 .62.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺 .7第三章 硬件電路設計方案 .133.1 MC9S12XS128 簡介 .133.2 電源管理模塊 .143.3 電機驅(qū)動模塊 .153.4 舵機模塊 .183.5 藍牙模塊 .183.6 電路安全措施 .19第四章 車體結構 .234.1 舵機安裝調(diào)整 .234.2 前輪定位 .254.3 車體重心 .254.4 離地高度及底盤剛度調(diào)整 .264.5 差速機構的調(diào)整 .27第五章 軟件程序的設計方案 .285.1 系統(tǒng)初始化 .285.2 控制程序 .305.3 問題與結論 .31結束語 .28參考文獻 .31附 錄 .32致 謝 .35XXX 工業(yè)大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計（論文）0摘 要本系統(tǒng)使用了 FreeScale 的 16 位單片機 MC9S12XS128 作為主控芯片，使用飛思卡爾公司開發(fā)的 Code Warrior 作為 XS128 芯片的開發(fā)環(huán)境及工具。其工作原理為：通過安卓手機 APP 的上位機利用藍牙通信與遙控小車下位機端連接，再通過藍牙轉串口將消息發(fā)送給 XS128 單片機，單片機根據(jù)接到的指令執(zhí)行相關動作。遙控小車下位機由車模和電路板組成。車模為購買的飛思卡爾比賽專用車模。通過 Altium Designer 畫出 PCB，并由 PCB 廠打樣出電路板。電路板供電電池為 7.2V 直流，通過降壓穩(wěn)壓芯片 AMS1117 分別產(chǎn)生 5V 和 3.3V，其中一個 5V 單獨給電機供電，舵機、單片機則由另外一個 5V 供電；藍牙模塊則采用3.3V 供電。小車的電機驅(qū)動部分采用 BTS7960 芯片驅(qū)動電路，控制電機的正反轉；舵機負責小車的左右轉向，藍牙模塊則采用市面上較為普遍的 HC-06 藍牙從機模塊。關鍵字：MC9S12XS128 Code Warrior Altium Designer 藍牙通信 齊魯工業(yè)大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計（論文）1ABSTRACTIn this system, MC9S12XS128 16 bit microcontroller FreeScale is taken as the master chip, and the Warrior Code developed by the company is used as the development environment and tools of XS128 chip. Its working principle is: Android mobile app through the PC using Bluetooth communication and smart car slave end connected via Bluetooth and then turn the serial port to send a message to xs128 microcontroller, microcontroller according to the received instruction execution related actions.The smart car is composed of the model and the circuit board.Car models for the purchase of the car Carle special car model. Draw PCB by Designer Altium and draw the PCB from PCB factory. Circuit board power supply battery 7.2V DC. Through the step-down regulator ams1117 chip respectively 5V and 3.3V, among them a 5V single power to the motor, steering gear, SCM is also a 5V power supply; Bluetooth module is used 3.3V power supply. Trolley motor driven in part by bts7960 driver circuit, control the motor positive inversion. The steering engine is responsible for car turning left or right, Bluetooth module is the market more common hc-06 Bluetooth from the module.Keywords:MC9S12XS128;Code warrior;Altium designer;Bluetooth communicationXXX 工業(yè)大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計（論文）2第一章 緒論1.1 藍牙通信的研究背景和現(xiàn)狀隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡化的不斷深入及發(fā)展，現(xiàn)在我們身邊隨處可見智能化產(chǎn)品，智能化已成為勢不可擋的歷史趨勢，其中正在興起的智能家居系統(tǒng)，就是在這種形勢下產(chǎn)生的。很多家庭已經(jīng)從原先豪華大氣的裝飾風格轉變?yōu)楦缓呖萍?、信息化的家庭裝飾風格，這種裝飾風格的轉變深刻體現(xiàn)了人類享受科技成果帶來的更加舒適、便捷的生活環(huán)境。而其中的一大熱點就是如何建立一個高效率且低成本的智能家居系統(tǒng)。智能家居網(wǎng)絡是指在家庭內(nèi)部通過一定的傳輸介質(zhì)將各種電氣設備和電氣子系統(tǒng)連接起來，采用統(tǒng)一通信協(xié)議，對內(nèi)實現(xiàn)資源共享，對外通過網(wǎng)關與外部網(wǎng)互聯(lián)進行信息交換的局域網(wǎng)。而手機以其高集成、易攜帶等特點作為當代人類必不可少的通信及娛樂設備，必然成為智能家居控制系統(tǒng)的控制器或者服務器。而藍牙因其抗干擾能力強、低成本、使用方便等特點成為現(xiàn)代智能家居通信的首選。藍牙無線收發(fā)器采用擴展頻譜跳頻技術，在一次傳輸中信號不會長時間呆在一個頻率上，而是從一個頻率跳到另一個頻率上，因此不會受到該頻率段信號的影響。藍牙還具有自動同步、自動連網(wǎng)功能，支持各種設備之間的短距無線通信。一旦一臺支持藍牙通信的設備發(fā)現(xiàn)另一個同樣支持藍牙通信的設備，它便會自動連接，建立一種無線網(wǎng)絡，不需要用戶進行操作，很方便。此外，藍牙模塊價格便宜、體積小，功耗低。藍牙模塊處于待機模式時，已配對過的手機向藍牙模塊發(fā)送文件，未配對的手機需先進行配對，輸入正確配對密碼即可配對。且無論是處于待機狀態(tài)還是工作狀態(tài)，藍牙模塊的能耗幾乎很少，正常的 3V 供電足夠藍牙模塊工作很久。藍牙模塊體積小，且價格十分便宜，靈活方面，完全不占用家庭空間，完全適合家庭全面采用。我們可以想象這樣一個畫面：出門遠行的你，再也不用擔心家里遭竊或因疏忽忘記關火關電的發(fā)生了。只要出現(xiàn)異常情況，智能家居系統(tǒng)會通過藍牙向家居設備發(fā)送指令，觸發(fā)報警、關火、關電等指令；當你下班回家后，按一下手機設置的開關，所有你想要開啟的家電設備會立馬打開，再也不用一個一個的去找房間角落里的開關了；通過預先設置好的程序，溫度檢測模塊會通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機控制芯片，由芯片自動作出反應是否關閉或開啟空調(diào)等等。研究藍牙無線技術可以很好的了解藍牙通信，掌握智能家居的原理，爭取追趕物聯(lián)網(wǎng)技術的前沿，讓我們的生活變得更聰明、更方便、更舒適。目前藍牙無線技術已經(jīng)應用的十分廣泛了，最新的應用形式是“物聯(lián)網(wǎng)”。早在很久以前，藍牙耳機已經(jīng)火遍大江南北了，如今，藍牙鼠標，藍牙鍵盤，藍牙掃描儀，藍牙遙控器，藍牙網(wǎng)關、藍牙適配器等等等等，你有你想不到的，沒有藍牙做不到的，藍牙早已滲透進我們的生活了。但是它還沒有停止的意思，XXX 工業(yè)大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計（論文）3現(xiàn)在很多智能家居、可穿戴設備，都是用藍牙連接的；除此之外，還有許多新創(chuàng)新技術領域也用到了藍牙技術，比如藍牙生成密碼門鎖開門、家庭警報等等。毫無疑問，藍牙技術是現(xiàn)在最流行的的、最方便的無線連接技術。目前藍牙的最新版本為 4.16，能夠以增強的形式將數(shù)據(jù)傳輸給主機，為開發(fā)人員帶來了更多的靈活性。早期的藍牙都需要直接與主機通信，但現(xiàn)在的設備可以單獨存儲，然后再將數(shù)據(jù)反饋給主機。比如目前流行的計步器或是運動手環(huán)產(chǎn)品，如果使用了 4.0 及以下的藍牙版本，需要分批將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機上，比較耗電；而 4.1 版本則能夠存儲數(shù)據(jù)，在完成操作后一并發(fā)送給手機，這是一個更高效的方式，減少對手機依賴的同時，還能夠節(jié)省電力。這項功能對物聯(lián)網(wǎng)設備也將產(chǎn)生巨大的影響，不過由于 4.1 版本在去年 12 月才正式發(fā)布，還需要時間來普及。盡管藍牙技術有這么多強大的優(yōu)勢，但是目前也面臨著巨大挑戰(zhàn)，比如NFC 和 WIFI。首先是 NFC，它的特點是更加方便，只要支持 NFC 的兩個設備輕輕觸碰一下，就可以立即連接，特別適合短距離點對點傳輸，這樣就免去了藍牙需要配對的麻煩，但也恰恰成了 NFC 的短板。只有達到 4 厘米左右的接觸才可以實現(xiàn)連接，而藍牙目前可以達到 100 米，因此它對于藍牙幾乎沒有威脅。真正有威脅就要數(shù) WIFI 了。相比于 NFC，WIFI 沒有距離限制，很多方面也與藍牙類似，而且最高 250Mbps 的傳輸速率，并且在未來有望實現(xiàn)每秒 2GB 的數(shù)據(jù)傳輸速度，也是藍牙無法匹及的，這也是目前 WIFI 大量運用的一大原因。那這樣說，WIFI 要取代藍牙了嗎？目前來說，還沒有。因為藍牙有一項天然的優(yōu)勢，那就是低能耗，這也是 WIFI 的最大弊端，因此它不適合需要低能耗的設備。在這樣看來，藍牙的前景還是挺樂觀的，在短期來看，WIFI 仍然作為藍牙的補充而出現(xiàn)，藍牙的主體地位無可撼動。1.2 整車設計思路遙控小車的工作模式如下圖所示：藍牙模塊獲取上位機指令信號，信號輸入到 S12 控制核心，進行進一步處理以判定結果；通過單片機串口輸出信號控制舵機的轉向和電機的控制，通過 PWM 控制驅(qū)動電路調(diào)整電機的功率。XXX 工業(yè)大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計（論文）4圖 1-1 遙控小車模塊及供電圖1.3 本文的主要工作本文主要采用三個章節(jié)來闡述此次畢業(yè)設計的過程及方法。第一章講述的是遙控小車的硬件電路設計方案，而硬件電路又主要分為電源和電機兩大部分。其中電機的驅(qū)動芯片選擇是一個極其重要的事情，也是此次設計的重點之一。驅(qū)動芯片的選擇決定著電路的設計，電路的設計又影響著程序的編寫，因此首先決定好芯片是重中之重。而電源的降壓及穩(wěn)壓芯片則都采用了 AMS1117 系列芯片，藍牙模塊直接購買了市場是的 HC-06 從機模塊。第二章講述的是車體機械結構改裝方案。車體的改裝是為了增加小車的耐用及穩(wěn)定性，防止在大量的運行中容易損壞的現(xiàn)象的發(fā)生。第三章講述的是軟件程序的設計方案。為實現(xiàn)上位機與下位機的通信連接，我與隊友進行了藍牙通信協(xié)議的確定。并且力求下位機的程序短小、精悍、實用，不需要過多的花樣功能，只求完美的運行遙控小車的基本功能，并且做到反應靈敏，不遲疑。XXX 工業(yè)大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計（論文）5第二章 開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具介紹前面幾章一直是在為系統(tǒng)制定方案以及方案的細化。但整個系統(tǒng)的完善主要還是在系統(tǒng)的調(diào)試。在細分的每個模塊中，大部分都涉及有眾多參數(shù)，對這些參數(shù)的確定就需要軟硬件聯(lián)合調(diào)試。而這過程就需要一整套開發(fā)調(diào)試環(huán)境已工具。包括程序源代碼的編輯以編譯環(huán)境，參數(shù)調(diào)節(jié)與設定工具。我的主要開發(fā)環(huán)境是 Metrowerks 公司專門為飛思卡爾 S12 系列芯片設的Codewarrior IDE，可從飛思卡爾半導體公司相關網(wǎng)頁上下載到 CW_S 12_v5.1_Special.exe。開發(fā)工具主要是 Altium 公司推出的 AltiumDesigner10.0 專業(yè)制圖軟件。2.1 系統(tǒng)硬件開發(fā)平臺在制作小車的硬件部分時，為了讓其更加穩(wěn)定，我們采用了定做印刷電路板的方法，在畫 PCB 時，我們使用的是 Altium 公司推出的 Altium Designer10 專業(yè)制圖軟件，它是業(yè)界首例將設計流程、集成化 PCB 設計、可編程器件（如 FPGA）設計和基