基于51单片机的蓝牙控制小车的简单实现(有源代码，无图) （上篇）

1. 简介

这是2016年底两周时间做的一个蓝牙小车，它分为上下两篇，本文是上篇。原本是发在了http://bbs.elecfans.com/ 的，不过由于我的博客都在CSDN上，因此我就把它们重新复制到这里来了。

1.1 相关的博客和代码

原文地址
源代码地址
小车手机端代码 — 下篇博客，此为后续版本，实现了手机端的蓝牙程序控制小车运动以及接收小车状态并展示。

1.2 想法来源

最初的想法是做一个红外遥控的装置，链接地址。只需要前进和停止，二路遥控，想使用模拟电路搭建，但最后也没能完成，这个想法依然在，现在只能留带以后是否有想法再做了。

第二个想法是想做一个小车，小车的功能如下： 前进，后退，转弯，遥控控制，自主智能运转。 上某宝买了一个小车的底座(4驱动的，带电机)， 买了两个L298N驱动模块用来驱动小车，买了蓝牙模块(HC05)用来充当遥控。

2. 实践篇

2.1 电路焊接

首先根据51单片机的最小系统的电路图，焊接了一个最小系统板，使用的STC89c52的单片机(晶振6Mhz，带复位电路，复位指示灯显示)，为了便于测试，又焊接了一个发光二极管连接一个I/O口，用于测试最小系统。

2.2 最小系统测试

开始测试最小系统，不过我很多年没有用过keil和下载器了，就上网寻找了一下关于这方面的帖子，并作了总结。要测试最小系统，首先需要编译代码的工具(我用的keil)，下载代码到单片机的工具(stc-isp)，usb转ttl硬件设备(某宝上2块多钱买的)，串口调试助手(使用的是单片机多功能调试助手PortHelper.exe)，于是从网上下载了keil4破解版本，stc-isp下载软件，单片机多功能调试助手三个软件。

注意：
下面的步骤2.2.1和2.2.2是用于测试USB转TTL设备，而2.2.3-2.2.5是用于单纯的最小系统测试。那为何需要用USB转TTL设备呢？在解释之前，先介绍我们的小车总体控制路径：

空气

手机端按下方向按钮

手机发送命令到手机蓝牙

单片机串口蓝牙设备

从蓝牙串口读取

单片机串口

单片机处理程序接收到串口命令

单片机处理命令

可以看出，上述的路径无需USB转TTL的参与，我们之所以要使用USB转TTL是出于测试蓝牙的需要。考虑一种情况：蓝牙和单片机的串口连接之后，若单片机的控制程序无法驱动蓝牙正常工作，我们将无法判断是单片机方面的问题（例如代码或者连线等），还是蓝牙本身的问题。 因此，为了尽可能隔离错误域，我们可使用这个神奇的USB转TTL设备，使其直连蓝牙模块，并使用电脑的串口调试助手，驱动USB转TTL，进而驱动蓝牙模块，从而可确定蓝牙模块的好坏。其测试流程：

USB口连接

导线相连接

电脑

串口调试助手

USB转TTL

蓝牙串口模块

不过要使用以上的方案，我们首先要测试USB转TTL模块是不是好的，好绕口。

2.2.1 USB转TTL设备连接电脑端是否可识别

测试usb转ttl是否可用(就$4$个引脚，5V，GND， TX， RX)
打开串口调试助手，设置波特率，打开，发现打开失败，比较郁闷，为何呢？ 极有可能是串口号不对，于是打开我的电脑-》管理-》设备管理器，找到串口的条目，查看它的串口号，我的串口号竟然是12，在串口调试助手中压根没有$12$。于是电脑给设备重新设置串口号，重新打开，OK。 如何测试usb转ttl呢？ 我的想法是如果发送数据的话，对应的tx引脚应该有信号，如果将TX和RX连接到一起，那么发送出去的应该自己可以接收到。我没有示波器，就简单的使用万用表量它的TX引脚的电压，点击发送按钮，发现TX引脚的电压有波动即可。

2.2.2 USB转TTL与单片机连接

将usb转ttl的四个引脚接入到单片机的对应引脚即可(其实就是VCC接VCC，GND接GND，TX接RX，RX接TX)。没有采用外部供电，直接利用usb转ttl进行的5v供电

2.2.3 在keil中写代码，对单片机的某一个I/O进行翻转电平的操作

代码如下

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

2.2.4 编译程序，生成HEX文件

使用keil创建相应的51工程，加入上述代码以及头文件，并对程序进行编译，生成相应的hex文件。

2.2.5 烧录程序

打开stc-isp下载工具，选择单片机型号，hex程序位置，点击下载即可，如果识别了单片机的话，会出现给MCU重新上电的字样，这个时候只需要关闭再打开MCU的电源开关即可，就会出现烧写程序的过程。

2.2.6 用万用表量P0^0口

查看电压是否1秒一次变化即可

2.3 最小系统测试篇遇到的问题，回忆篇

51单片机的电源供电问题，忘了接单片机的VCC引脚了（如果是这方面的问题，就检查几个关键地方，vcc和地接好了吗，tx和rx接好了吗，晶振接好了吗，复位电路先不用管，我是使用的万用表一个个的量的）
晶振的电路没焊好（万用表搞定）
usb转ttl找不到串口（软件问题的话，容易解决，也有可能是usb转ttl硬件有问题，驱动没有安装成功，导致识别不了硬件）

3. 蓝牙模块工作篇

从某宝上花了17大洋买了一个HC05蓝牙主从模块，有6个引脚(VCC,GND,TX,RX,AT,STATUS)，前4个引脚与usb转ttl的接法相同(注意RX，TX交叉接线接入到单片机)，AT和STatus引脚是我自己命的名字。 AT引脚高电平有效，用于蓝牙模块进入AT状态(所谓AT状态，即是其他程序可以通过它的引脚向蓝牙模块发送AT控制命令，例如设置波特率，查看版本号，设置主从模式)，AT引脚悬空默认为低电平。Status引脚用于显示配对的状态(配对成功输出高电平，未配对输出低电平)

3.1 蓝牙模块测试篇

第一步：蓝牙模块既然包含串口，那么它应该可以跟usb转ttl直接连接，使用电脑向蓝牙模块发送命令。于是连接蓝牙模块与usb转ttl的对应引脚。
第二步：将AT引脚悬空，使用手机搜索周围的蓝牙设备，发现有HC05的蓝牙(因为这个蓝牙模块默认是从模块，可以被收到)
第三步：将AT引脚拉高电平，使其进入AT状态(按照文档描述，如果上电之后再置位AT，指示灯无变化，依旧是，如果上电之前拉高AT，指示灯转为1秒一次)，然后通过电脑串口发送AT+VERSION?(注意需要换行)查看版本号，使用AT+UART?查看波特率（默认9600，不带校验）
此文档有用： ATK-HC05-V11用户手册_V1.0.pdf (请自行搜索）
第四步：实验了一下，我的模块有问题，就是上电之前拉高AT，模块不接受AT命令，只有上电后拉高AT才有用，不过不影响使用。
第五步：将蓝牙模块和usb转ttl连接后，AT保持悬空，即蓝牙模块为从模块，手机安装蓝牙串口助手，打开手机蓝牙，然后搜索HC05，配对，然后打开手机端的蓝牙串口助手软件，向HC05发送消息，如果蓝牙模块工作正常，那么电脑端的串口调试助手应该收到手机发送的消息。同样的也可以通过电脑端发送消息，到手机端。

消息传递流程如下：
手机端蓝牙串口助手 -> 手机蓝牙 ->空气 -> HC05蓝牙模块 -> USB转ttl模块 -> 电脑的串口调试助手，反过来也是可行的(注意线路连接方式都是RX与TX交叉连接)

3.2 蓝牙模块与单片机集成调试篇

上面的测试已经证明了蓝牙模块是可以发送接收手机端消息的，现在开始将蓝牙模块与单片机的TX，RX接口连接起来，通过程序控制蓝牙模块与手机蓝牙进行沟通，从而达到利用手机蓝牙进行遥控的目的。

main函数如下，主要设置串口波特率，以及开启串口中断

//PCON:SMOD位默认为0，串行口波特率加倍位
PCON = 0x80;                //SMOD=1;

TMOD=0x20;          //8位自动加载计数器
//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; //串口
EA=1; //中断
ES=1; 

串口中断函数
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为一个I/O引脚，控制发光二极管
         }
         RI=0;
} 

3.3 遇到的问题：

利用手机给蓝牙HC05发送消息，如果不是switch中的几个case的话，那么LED灯会明暗变化，但是刚开始的测试却始终不如意。而后仔细查看了代码，并没有发现什么错误，后来怀疑是波特率的问题，因为我的晶振是6Mhz的，蓝牙模块的波特率是$9600$。

采用波特率倍频，我手动计算了一下： $$6\ast 1000000\ast 2/12/32/9600=3.255$$若对其取整为$3$. 然后使用3反代入到此式子中，我们有
$$6\ast 1000000\ast 2/12/32/3=10416.7$$ 它与$9600$的波特率相差$1400$多，这个似乎差距太大了。我又尝试了其他几个参数，像$4800$, $19200$, $38400$都相差挺大的，估计就是这个原因。于是继续尝试，发现$2400$的话，相差不多。
$$6\ast 1000000\ast 2/12/32/2400=13.02$$ ，然后使用$13$代入进去，其波特率结果为$2403.8$，与$2400$的波特率相差很小，估计是可以用的，但是看蓝牙模块的文档，发现它说不支持$2400$的，我不甘心，就使用usb转ttl模块（有没有发现此模块是不是很有用？）设置了一下$2400$，没想到AT命令还真的返回OK了，单片机程序也可以正常工作了。

4. 小车驱动篇

将两个L298N模块与单片机的P2口直接相连（小车4轮驱动，每个电机需要两个输入引脚，以及一个使能引脚，那就是12个引脚，我刚开始并不想支持调速的功能，因此使能引脚直接高电平了，就连接了8个I/O口）。注意L298N的GND引脚一定要和单片机的GND共地。

关于L298N： 它的EN引脚用于使能，EN为高电平，才使能。另外两个输入引脚IN1,IN2根据电平的组合变化会有4种情况(00,10,01,11)，电机相应的在00和11停止(这个停止是带电的，类似于锁死的感觉)，在10正转，01反转。可以直接使用单片机的VCC和GND连接L298N的IN1和IN2，同时将EN端接VCC，看电机转不转就可以测试L298N模块了。

编写程序，控制轮子的正转，翻转，停止等。基本上就是以下的这种代码

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 遇到的问题

问题1： 刚开始L298N直接连接P0口，死活不转，而直接引出高低电平到某一个电机的IN1，IN2口，电机正常运转。于是猜测是I/O有问题，使用万用表测量，发现P0的I/O在输出高电平的时候，根本不是高电平，而后发了帖子，询问了一下才知道P0口在高电平是呈现高阻态的，需要外部焊接电路加上拉电阻才可工作。我不想焊接过多的电路，就将其I/O换到P2口，可以正常工作，帖子链接地址。

问题2： 我使用的是路由器的9v直流电源，使用其带动两个L298N，同时将L298N的输出的一个5V高电平接到单片机上给单片机供电，启动4轮驱动，电机只会翁的一声，然后啥也没有，二轮驱动也不转。 上网查看了不少资料，基本上都是电源功率过低，需要将单片机与L298N分别供电才可以。 于是使用笔记本的usb口给单片机供电，使用9v直流电源给电机供电，比刚才好了一些，两轮可以转，但是4个轮子还是转不了。没办法，想到自己有一个小的卡片相机，有镍氢电池8节，然后上网买了一个电池盒，装上去，电机转的吼吼叫，同时L298N给单片机供电也没问题。

问题3：关于L298N同时给单片机供电的问题，大家可以在启动轮子转动的时候量一量单片机的电源电压，会发现在电机启动的一刹那，单片机的电压有一个瞬时的拉低，这样单片机就会复位了。

5. 蓝牙遥控小车汇总篇

第一步：部署小车，L298N，镍氢电池盒，蓝牙模块组装到一起
第二步：编写代码，本来可以使用EN口进行调速控制的，但是考虑到还需要使用额外的I/O口，就先不打算做了。

代码完成的功能：

小车前进，后退，停止，左转，右转
小车单个轮子的转动(用于测试)
小车当前状态的获取(用于后期给小车增加其他模块的时候，例如温度模块，就可以读取温度了)
小车命令帮助

代码思路：

首先完成单个轮子的控制
再完成小车的控制
再加入串口接收中断，收到不同命令，设置方向变量
main程序读取方向变量控制不同的方向

6. 思路篇

一些比较有特点的思路：
思路1：一个棘手的问题想实现这样的功能： 用户按键，小车才走，用户松开按键，小车停止。
我的想法如下： 小车使用一个定时器T0，控制定时器的延时时间为100ms，用户每发送一个前进信号，小车会前进100ms，但是这100ms内小车还需要能够响应外部的命令。例如如果用户在t=0ms发送前进命令，然后在t=50ms发送左转命令，小车能够立刻左转，而不是继续前进100ms，然后才执行左转的命令。基本的代码思路是用户的每一个命令，都会重置timer0，timer0的超时中断函数会将小车停止。这样用户只要以连续的小于100ms间隔发送前进命令，小车就会一直前进，也就是说timer0的中断没有执行，如果用户间隔100ms还没有发送命令，那么小车停止。 当前我使用的蓝牙串口助手它的按键不支持连续发送，只能按下松开手，才会发送消息，这样我现在就把时间间隔设置为1000ms，用户只要以小于1000ms的间隔连续按键，小车就会一直前进，如果不按键，小车会继续前进1000ms才会停止。 后期打算找到蓝牙串口调试助手的源代码，修改它的源代码，设置成如果用户按下不丢，小车前进命令能够一直发送。

思路2： 既然有了手机蓝牙，那么小车再想展示一些状态信息，就没必要使用像1602,12864之类的东东了，直接定时发给手机蓝牙模块就OK了。我现在并没有实现定时发送，不过支持了命令获取的功能。 当用户发送命令h到单片机，单片机会返回一个帮助界面，告知如何控制小车，例如"f"控制小车前进，"b"控制小车后退，当用户发送命令i到单片机，单片机会返回小车的一些状态信息，我当前只返回了一些简单的变量状态（后面想加入距离，温度，光敏都是可行的）。

思路3：有了蓝牙，这个小车就可以被我们随心所欲的控制了。你既可以推命令到单片机，控制它，你又可以把单片机内部的当前状态拉出来。单片机本身又可以定期将它的状态向你的手机进行推送。这个我感觉还是很好玩的，有了这个代码的基本框架，后面有可能的话像实现一个小车的扩展功能，加上红外对管让它不撞墙，加上超声波让它测距，加上麦克风让它向着声音跑，加上人体感应让它做一个跟屁虫，甚至于加上一个智能化点的程序，让它能够在一个屋子里随便的转悠，然后记录屋里的情况。还想做的是加入一个wifi模块，能将它的状态信息上传到路由器里面(手里有一个坏的路由器华为hg255d，正在修理中，还没有摸清楚如何修)，这样远在千里之外都可以访问小车上面传感器的情况了。还想加的是一个摄像头模块，不过单片机的处理能力有限，摄像头的解码对它是个大问题，估计很难办到(手头有优龙fs2401开发板，刚修好它的电源模块，正在研究中，不过前天它突然bios引导不起来了，也不知道是什么问题，关于这种arm的东西，还没有接触过，完全不懂刷bios，uboot等等的东西，看情况是要重新刷bios了)。

后记：
修改于2018年12月24日午饭后。此博客原本是直接从电子爱好者中把自己写过的内容粘贴过来，也没使用markdown，文章内容显得很乱，今天突然看到了，就花了会简单调整一下，希望能给大家一些更好的阅读体验。