基于STC12C5A60S2单片机无线蓝牙智能追踪小车
时间：2022-10-15 09:08:17
无线蓝牙智能追踪小车是在控制系统的作用下，手机APP软件作为客户端，手机蓝牙作为指令发送方，蓝牙模块作为接收方，然后接收方通过串口仿真协议与控制系统进行通信，从而完成指令的无线传输控制小车前后左右运动。智能追踪是通过红外光电传感器采集信号，反馈给控制系统从而控制电机转动速度实现智能追踪。本设计中，采用stc12c5a60s2单片机作为主控芯片，五对红外光电传感器构成追踪检测电路，蓝牙模块采用HC-06，电机驱动电路及其他电路。设计实现了手机无线遥控小车以及沿黑色轨迹行走的智能追踪小车。
1 系统设计
本设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制核心，使用两个低功率直流电机为轮子提供动力，附加电机驱动电路，蓝牙模块和单片机串口连接和下载电路，智能追踪检测电路等构成整个系统。无线遥控小车是由手机蓝牙发出指令给蓝牙模块，然后蓝牙模块将指令利用串口发送给控制系统实现小车前进，后退，左右转。智能追踪则是采用红外光电对管检测黑线，经过LM339电压比较器比较之后输出高低电馈给控制系统，从而调节电机速度，并用PWM技术实现左右轮子速度的微调，实现小车智能追踪。系统总图如图1所示。
1.1 硬件及电路
无线蓝牙智能追踪小车是由单片机最小系统，直流电机驱动电路，追踪电路等部分组成。
1.2 单片机最小系统电路
该电路是本设计的大脑，采用国产宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机作为控制系统。
利用P3口的第二功能串口传输功能，蓝牙模块的输出端与单片机的10引脚P3.0和11引脚P3.1连接，通过串口协议向单片机发送指令。蓝牙模块的TXD与单片机RXD（P3.0）连接，RXD与单片机的TXD（P3.1）相连，同时串行口也用来下载程序。
光电传感器检测地面黑线后在输出端SEN0，SEN1，SEN2，SEN3，SEN4输出一个高低电平信号，然后将信号通过P0.0，P0.1，P0.2，P0.3，P0.4口输入单片机，经过处理后，由P2.0，P2.1，P2.3，P2.4，P2.5，P2.6口输出给L298N的EN1，EN2，IN1，IN2，IN3，IN4引脚完成单片机对直流电机速度的调节和控制。
电机驱动电路：由于本设计对小车速度的要求不是很高，所以采用了小功率直流电机。系统中采用L298N芯片驱动电机，该芯片内部集成了双桥性H桥电路，一个芯片上可以同时控制两个电机且互不影响。每个电机由驱动芯片的EN1，IN1，IN2三个信号端控制，其中EN1是使能信号，IN1，IN2是电机转动方向控制信号，IN1，IN2分为1，0时，电机正转，反之，电机是反转。同时通过调整PWM的占空比改变电机电压的接通和断开时间比，从而调整电机上平均电压大小，从而控制电机的转速。当小车偏转或者转向时，PWM可以控制小车轮子转动的速度，从而使小车慢慢的改变方向。其中D1-D8为二极管，电机停止瞬间会产生一个反向电动势，放置这些二极管即为了防止逆向电动势烧毁芯片，起到保护芯片的作用。
追踪电路：本设计中采用五对ITR20001型号红外反射式光电对管对黑线进行检测，五对红外对管呈“一字型”等距离分布。ITR20001是一种集发射和接收一体的光电探测器，发射管是砷化镓红外发光二极管，接收管是灵敏度高，硅平面光电二极管。利用ITR20001红外光电对管组成追踪电路结构比较简单简单，由于ITR20001红外光电对管发射和接收二极管有黑色保护壳包裹，所以受光照影响比较小小，工作稳定，并与电压比较器相连构成追踪传感器电路。小车通电瞬间红外光电对管就不断地向地面发射红外光，当红外光遇到到白色地面产生发射，反射光被接收管接收，此时红外接收管两端电阻变小，电压降低，导致与之串联的电阻R电压升高，经过电压比较器之后输出高电平输送给单片机。当红外光照射到黑线时，黑线吸收红外光，导致红外接收管接收不到红外光，此时红外接收管电阻变大，电压升高，导致与之串联的电阻R两端电压降低，经过电压比较器之后输出为低电平，然后输送给单片机，单片机通过接收到的高低电平信号控制左右两个轮子速度。
2 结论与结果
蓝牙模块驱动：近些年蓝牙技术已经成为最成熟的无线短距离无线传输技术，成本低，功耗小，抗干扰好，可以灵活建立连接等优点。鉴于此，本设计以手机作为遥控器，与小车上无线蓝牙模块建立连接，并以蓝牙配对连接的方式建立专用信道，实现数据传输。
本系统采用蓝牙模块为HC-06，事先在手机（安卓操作系统）上设计一个通信控制软件最为控制端，只要在手机上运行该软件，建立连接之后，按下按钮就可以向蓝牙模块发送指令，然后蓝牙模块通过串口将指令发送给单片机，从而实现对小车的无线蓝牙控制。
蓝牙模块HC-06模块采用CSR公司芯片，遵循蓝牙V2.0协议标准，可以在10米范围内实现无线通信，蓝牙模块共四个引脚VCC，GND，TXD，RXD，可以很方便地与单片机进行串口连接，在具有蓝牙通信功能的设备中使用比较广泛。
本设计使用AT指令事先对蓝牙模块HC-06进行了初始化，设置串口波特率为9600bps。
实验结果：按照本设计制作的无线蓝牙智能追踪小车，实际测试结果是：手机无线遥控小车长时间工作正常，从手机发出指令到小车做出相应的动作，中间不超过10ms，反应速度快，灵敏度高。小车智能追踪时运行稳定，长时间工作中没有偏离黑线，转弯运行平稳，转速可自动调整，小车整体性能稳定，没有发生偏离黑线的情况。
结论：本文介绍了用手机遥控小车行走的硬件设计以及小车的智能追踪功能。
作者单位
武昌工学院―信息工程学院 湖北省武汉市 430065
