基於51微控制器的藍芽控制小車的簡單實現(有原始碼，無圖) （上篇）

1. 簡介

這是2016年底兩週時間做的一個藍芽小車，它分為上下兩篇，本文是上篇。原本是發在了http://bbs.elecfans.com/ 的，不過由於我的部落格都在CSDN上，因此我就把它們重新複製到這裡來了。

1.1 相關的部落格和程式碼

原文地址
原始碼地址
小車手機端程式碼 — 下篇部落格，此為後續版本，實現了手機端的藍芽程式控制小車運動以及接收小車狀態並展示。

1.2 想法來源

最初的想法是做一個紅外遙控的裝置，連結地址。只需要前進和停止，二路遙控，想使用類比電路搭建，但最後也沒能完成，這個想法依然在，現在只能留帶以後是否有想法再做了。

第二個想法是想做一個小車，小車的功能如下： 前進，後退，轉彎，遙控控制，自主智慧運轉。 上某寶買了一個小車的底座(4驅動的，帶電機)， 買了兩個L298N驅動模組用來驅動小車，買了藍芽模組(HC05)用來充當遙控。

2. 實踐篇

2.1 電路焊接

首先根據51微控制器的最小系統的電路圖，焊接了一個最小系統板，使用的STC89c52的微控制器(晶振6Mhz，帶復位電路，復位指示燈顯示)，為了便於測試，又焊接了一個發光二極體連線一個I/O口，用於測試最小系統。

2.2 最小系統測試

開始測試最小系統，不過我很多年沒有用過keil和下載器了，就上網尋找了一下關於這方面的帖子，並作了總結。要測試最小系統，首先需要編譯程式碼的工具(我用的keil)，下載程式碼到微控制器的工具(stc-isp)，usb轉ttl硬體裝置(某寶上2塊多錢買的)，串列埠除錯助手(使用的是微控制器多功能除錯助手PortHelper.exe)，於是從網上下載了keil4破解版本，stc-isp下載軟體，微控制器多功能除錯助手三個軟體。

注意：
下面的步驟2.2.1和2.2.2是用於測試USB轉TTL裝置，而2.2.3-2.2.5是用於單純的最小系統測試。那為何需要用USB轉TTL裝置呢？在解釋之前，先介紹我們的小車總體控制路徑：

可以看出，上述的路徑無需USB轉TTL的參與，我們之所以要使用USB轉TTL是出於測試藍芽的需要。考慮一種情況：藍芽和微控制器的串列埠連線之後，若微控制器的控制程式無法驅動藍芽正常工作，我們將無法判斷是微控制器方面的問題（例如程式碼或者連線等），還是藍芽本身的問題。 因此，為了儘可能隔離錯誤域，我們可使用這個神奇的USB轉TTL裝置，使其直連藍芽模組，並使用電腦的串列埠除錯助手，驅動USB轉TTL，進而驅動藍芽模組，從而可確定藍芽模組的好壞。其測試流程：

不過要使用以上的方案，我們首先要測試USB轉TTL模組是不是好的，好繞口。

2.2.1 USB轉TTL裝置連線電腦端是否可識別

測試usb轉ttl是否可用(就$4$個引腳，5V，GND， TX， RX)
開啟串列埠除錯助手，設定波特率，開啟，發現開啟失敗，比較鬱悶，為何呢？ 極有可能是串列埠號不對，於是開啟我的電腦-》管理-》裝置管理器，找到串列埠的條目，檢視它的串列埠號，我的串列埠號竟然是12，在串列埠除錯助手中壓根沒有$12$。於是電腦給裝置重新設定串列埠號，重新開啟，OK。 如何測試usb轉ttl呢？ 我的想法是如果傳送資料的話，對應的tx引腳應該有訊號，如果將TX和RX連線到一起，那麼傳送出去的應該自己可以接收到。我沒有示波器，就簡單的使用萬用表量它的TX引腳的電壓，點選傳送按鈕，發現TX引腳的電壓有波動即可。

2.2.2 USB轉TTL與微控制器連線

將usb轉ttl的四個引腳接入到微控制器的對應引腳即可(其實就是VCC接VCC，GND接GND，TX接RX，RX接TX)。沒有采用外部供電，直接利用usb轉ttl進行的5v供電

2.2.3 在keil中寫程式碼，對微控制器的某一個I/O進行翻轉電平的操作

程式碼如下

sbit LED=P0^0;
while(1){
    LED = !LED
    Delay10ms(100);
}

2.2.4 編譯程式，生成HEX檔案

使用keil建立相應的51工程，加入上述程式碼以及標頭檔案，並對程式進行編譯，生成相應的hex檔案。

2.2.5 燒錄程式

開啟stc-isp下載工具，選擇微控制器型號，hex程式位置，點選下載即可，如果識別了微控制器的話，會出現給MCU重新上電的字樣，這個時候只需要關閉再開啟MCU的電源開關即可，就會出現燒寫程式的過程。

2.2.6 用萬用表量P0^0口

檢視電壓是否1秒一次變化即可

2.3 最小系統測試篇遇到的問題，回憶篇

51微控制器的電源供電問題，忘了接微控制器的VCC引腳了（如果是這方面的問題，就檢查幾個關鍵地方，vcc和地接好了嗎，tx和rx接好了嗎，晶振接好了嗎，復位電路先不用管，我是使用的萬用表一個個的量的）
晶振的電路沒焊好（萬用表搞定）
usb轉ttl找不到串列埠（軟體問題的話，容易解決，也有可能是usb轉ttl硬體有問題，驅動沒有安裝成功，導致識別不了硬體）

3. 藍芽模組工作篇

從某寶上花了17大洋買了一個HC05藍芽主從模組，有6個引腳(VCC,GND,TX,RX,AT,STATUS)，前4個引腳與usb轉ttl的接法相同(注意RX，TX交叉接線接入到微控制器)，AT和STatus引腳是我自己命的名字。 AT引腳高電平有效，用於藍芽模組進入AT狀態(所謂AT狀態，即是其他程式可以通過它的引腳向藍芽模組傳送AT控制命令，例如設定波特率，檢視版本號，設定主從模式)，AT引腳懸空預設為低電平。Status引腳用於顯示配對的狀態(配對成功輸出高電平，未配對輸出低電平)

3.1 藍芽模組測試篇

第一步：藍芽模組既然包含串列埠，那麼它應該可以跟usb轉ttl直接連線，使用電腦向藍芽模組傳送命令。於是連線藍芽模組與usb轉ttl的對應引腳。
第二步：將AT引腳懸空，使用手機搜尋周圍的藍芽裝置，發現有HC05的藍芽(因為這個藍芽模組預設是從模組，可以被收到)
第三步：將AT引腳拉高電平，使其進入AT狀態(按照文件描述，如果上電之後再置位AT，指示燈無變化，依舊是，如果上電之前拉高AT，指示燈轉為1秒一次)，然後通過電腦串列埠傳送AT+VERSION?(注意需要換行)檢視版本號，使用AT+UART?檢視波特率（預設9600，不帶校驗）
此文件有用： ATK-HC05-V11使用者手冊_V1.0.pdf (請自行搜尋）
第四步：實驗了一下，我的模組有問題，就是上電之前拉高AT，模組不接受AT命令，只有上電後拉高AT才有用，不過不影響使用。
第五步：將藍芽模組和usb轉ttl連線後，AT保持懸空，即藍芽模組為從模組，手機安裝藍芽串列埠助手，開啟手機藍芽，然後搜尋HC05，配對，然後開啟手機端的藍芽串列埠助手軟體，向HC05傳送訊息，如果藍芽模組工作正常，那麼電腦端的串列埠除錯助手應該收到手機傳送的訊息。同樣的也可以通過電腦端傳送訊息，到手機端。

訊息傳遞流程如下：
手機端藍芽串列埠助手 -> 手機藍芽 ->空氣 -> HC05藍芽模組 -> USB轉ttl模組 -> 電腦的串列埠除錯助手，反過來也是可行的(注意線路連線方式都是RX與TX交叉連線)

3.2 藍芽模組與微控制器整合除錯篇

上面的測試已經證明了藍芽模組是可以傳送接收手機端訊息的，現在開始將藍芽模組與微控制器的TX，RX介面連線起來，通過程式控制藍芽模組與手機藍芽進行溝通，從而達到利用手機藍芽進行遙控的目的。

main函式如下，主要設定串列埠波特率，以及開啟串列埠中斷

//PCON:SMOD位預設為0，序列口波特率加倍位
PCON = 0x80;                //SMOD=1;

TMOD=0x20;          //8位自動載入計數器
//TH1=0xfd;  TL1=0xfd;   for 11.0592MHZ and SMOD=0, 
TH1 = 0xf3;//2400bps
TL1 = 0xf3;
TR1=1;    // T1
//SCON: 0x50=SM0=0, SM1=1,REN=1
REN=1;   
SM0=0;
SM1=1; //串列埠
EA=1; //中斷
ES=1; 

串列埠中斷函式
void serial() interrupt 4
{
         char sbuf;
         sbuf=SBUF;
         switch (sbuf)
         {
                 case 'f': direc=4; break;
                 case 'b': direc=5; break;
                 case 'l': direc=6; break;
                 case 'r': direc=7; break;
                 case 's': direc=-1; break;
                 default : LED = !LED; //LED為一個I/O引腳，控制發光二極體
         }
         RI=0;
} 

3.3 遇到的問題：

利用手機給藍芽HC05傳送訊息，如果不是switch中的幾個case的話，那麼LED燈會明暗變化，但是剛開始的測試卻始終不如意。而後仔細檢視了程式碼，並沒有發現什麼錯誤，後來懷疑是波特率的問題，因為我的晶振是6Mhz的，藍芽模組的波特率是$9600$。

採用波特率倍頻，我手動計算了一下： $6*1000000*2 / 12 / 32 / 9600 = 3.255$若對其取整為$3$. 然後使用3反代入到此式子中，我們有
$6*1000000*2 / 12 / 32 /3 = 10416.7$ 它與$9600$的波特率相差$1400$多，這個似乎差距太大了。我又嘗試了其他幾個引數，像$4800$, $19200$, $38400$都相差挺大的，估計就是這個原因。於是繼續嘗試，發現$2400$的話，相差不多。
$6*1000000*2/12/32/2400 = 13.02$ ，然後使用$13$代入進去，其波特率結果為$2403.8$，與$2400$的波特率相差很小，估計是可以用的，但是看藍芽模組的文件，發現它說不支援$2400$的，我不甘心，就使用usb轉ttl模組（有沒有發現此模組是不是很有用？）設定了一下$2400$，沒想到AT命令還真的返回OK了，微控制器程式也可以正常工作了。

4. 小車驅動篇

將兩個L298N模組與微控制器的P2口直接相連（小車4輪驅動，每個電機需要兩個輸入引腳，以及一個使能引腳，那就是12個引腳，我剛開始並不想支援調速的功能，因此使能引腳直接高電平了，就連線了8個I/O口）。注意L298N的GND引腳一定要和微控制器的GND共地。

關於L298N： 它的EN引腳用於使能，EN為高電平，才使能。另外兩個輸入引腳IN1,IN2根據電平的組合變化會有4種情況(00,10,01,11)，電機相應的在00和11停止(這個停止是帶電的，類似於鎖死的感覺)，在10正轉，01反轉。可以直接使用微控制器的VCC和GND連線L298N的IN1和IN2，同時將EN端接VCC，看電機轉不轉就可以測試L298N模組了。

編寫程式，控制輪子的正轉，翻轉，停止等。基本上就是以下的這種程式碼

void wheelForward(uchar which)
{
        switch(which)
        {
                case 1:
                {        
                        wheel_1_1 = 0;
                        wheel_1_2 = 1;
                        break;
                }
                case 2:
                {
                        wheel_2_1 = 0;
                        wheel_2_2 = 1;
                        break;
                }
                case 3:
                {
                        wheel_3_1 = 0;
                        wheel_3_2 = 1;
                        break;                
                }
                case 4:
                {
                        wheel_4_1 = 0;
                        wheel_4_2 = 1;
                        break;
                }
        }
}

4.2 遇到的問題

問題1： 剛開始L298N直接連線P0口，死活不轉，而直接引出高低電平到某一個電機的IN1，IN2口，電機正常運轉。於是猜測是I/O有問題，使用萬用表測量，發現P0的I/O在輸出高電平的時候，根本不是高電平，而後發了帖子，詢問了一下才知道P0口在高電平是呈現高阻態的，需要外部焊接電路加上拉電阻才可工作。我不想焊接過多的電路，就將其I/O換到P2口，可以正常工作，帖子連結地址。

問題2： 我使用的是路由器的9v直流電源，使用其帶動兩個L298N，同時將L298N的輸出的一個5V高電平接到微控制器上給微控制器供電，啟動4輪驅動，電機只會翁的一聲，然後啥也沒有，二輪驅動也不轉。 上網檢視了不少資料，基本上都是電源功率過低，需要將微控制器與L298N分別供電才可以。 於是使用筆記本的usb口給微控制器供電，使用9v直流電源給電機供電，比剛才好了一些，兩輪可以轉，但是4個輪子還是轉不了。沒辦法，想到自己有一個小的卡片相機，有鎳氫電池8節，然後上網買了一個電池盒，裝上去，電機轉的吼吼叫，同時L298N給微控制器供電也沒問題。

問題3：關於L298N同時給微控制器供電的問題，大家可以在啟動輪子轉動的時候量一量微控制器的電源電壓，會發現在電機啟動的一剎那，微控制器的電壓有一個瞬時的拉低，這樣微控制器就會復位了。

5. 藍芽遙控小車彙總篇

第一步：部署小車，L298N，鎳氫電池盒，藍芽模組組裝到一起
第二步：編寫程式碼，本來可以使用EN口進行調速控制的，但是考慮到還需要使用額外的I/O口，就先不打算做了。

程式碼完成的功能：

小車前進，後退，停止，左轉，右轉
小車單個輪子的轉動(用於測試)
小車當前狀態的獲取(用於後期給小車增加其他模組的時候，例如溫度模組，就可以讀取溫度了)
小車命令幫助

程式碼思路：

首先完成單個輪子的控制
再完成小車的控制
再加入串列埠接收中斷，收到不同命令，設定方向變數
main程式讀取方向變數控制不同的方向

6. 思路篇

一些比較有特點的思路：
思路1：一個棘手的問題想實現這樣的功能： 使用者按鍵，小車才走，使用者鬆開按鍵，小車停止。
我的想法如下： 小車使用一個定時器T0，控制定時器的延時時間為100ms，使用者每傳送一個前進訊號，小車會前進100ms，但是這100ms內小車還需要能夠響應外部的命令。例如如果使用者在t=0ms傳送前進命令，然後在t=50ms傳送左轉命令，小車能夠立刻左轉，而不是繼續前進100ms，然後才執行左轉的命令。基本的程式碼思路是使用者的每一個命令，都會重置timer0，timer0的超時中斷函式會將小車停止。這樣使用者只要以連續的小於100ms間隔傳送前進命令，小車就會一直前進，也就是說timer0的中斷沒有執行，如果使用者間隔100ms還沒有傳送命令，那麼小車停止。 當前我使用的藍芽串列埠助手它的按鍵不支援連續傳送，只能按下鬆開手，才會傳送訊息，這樣我現在就把時間間隔設定為1000ms，使用者只要以小於1000ms的間隔連續按鍵，小車就會一直前進，如果不按鍵，小車會繼續前進1000ms才會停止。 後期打算找到藍芽串列埠除錯助手的原始碼，修改它的原始碼，設定成如果使用者按下不丟，小車前進命令能夠一直髮送。

思路2： 既然有了手機藍芽，那麼小車再想展示一些狀態資訊，就沒必要使用像1602,12864之類的東東了，直接定時發給手機藍芽模組就OK了。我現在並沒有實現定時傳送，不過支援了命令獲取的功能。 當使用者傳送命令h到微控制器，微控制器會返回一個幫助介面，告知如何控制小車，例如"f"控制小車前進，"b"控制小車後退，當使用者傳送命令i到微控制器，微控制器會返回小車的一些狀態資訊，我當前只返回了一些簡單的變數狀態（後面想加入距離，溫度，光敏都是可行的）。

思路3：有了藍芽，這個小車就可以被我們隨心所欲的控制了。你既可以推命令到微控制器，控制它，你又可以把微控制器內部的當前狀態拉出來。微控制器本身又可以定期將它的狀態向你的手機進行推送。這個我感覺還是很好玩的，有了這個程式碼的基本框架，後面有可能的話像實現一個小車的擴充套件功能，加上紅外對管讓它不撞牆，加上超聲波讓它測距，加上麥克風讓它向著聲音跑，加上人體感應讓它做一個跟屁蟲，甚至於加上一個智慧化點的程式，讓它能夠在一個屋子裡隨便的轉悠，然後記錄屋裡的情況。還想做的是加入一個wifi模組，能將它的狀態資訊上傳到路由器裡面(手裡有一個壞的路由器華為hg255d，正在修理中，還沒有摸清楚如何修)，這樣遠在千里之外都可以訪問小車上面感測器的情況了。還想加的是一個攝像頭模組，不過微控制器的處理能力有限，攝像頭的解碼對它是個大問題，估計很難辦到(手頭有優龍fs2401開發板，剛修好它的電源模組，正在研究中，不過前天它突然bios引導不起來了，也不知道是什麼問題，關於這種arm的東西，還沒有接觸過，完全不懂刷bios，uboot等等的東西，看情況是要重新刷bios了)。

後記：
修改於2018年12月24日午飯後。此部落格原本是直接從電子愛好者中把自己寫過的內容貼上過來，也沒使用markdown，文章內容顯得很亂，今天突然看到了，就花了會簡單調整一下，希望能給大家一些更好的閱讀體驗。