基于藍牙控制的智能小車設(shè)計

鄭海城 楊冬濤* 劉 燕 陳學(xué)躍 陸炯鑫

（嘉應(yīng)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，廣東 梅州 514015）

基于藍牙控制的智能小車設(shè)計

鄭海城 楊冬濤* 劉 燕 陳學(xué)躍 陸炯鑫

（嘉應(yīng)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，廣東 梅州 514015）

本文研究藍牙遙控的多功能智能小車，采用無線藍牙技術(shù)對各種智能模塊進行控制，用戶可以通過手機客戶端直接對小車進行實時操控。本系統(tǒng)由C51單片機為主控芯片，L298N為電機驅(qū)動芯片、HC-06藍牙無線模塊、1602液晶顯示模塊、超聲波模塊等電路組成?；谑謾C平臺，借助于藍牙技術(shù)，最終實現(xiàn)為一個完整的多功能智能小車系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能小車的藍牙無線遙控、自動壁障等功能。

藍牙控制；APP無線操控；智能小車

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，Android手機以其獨有的開放性優(yōu)勢正在為人們提供更多優(yōu)質(zhì)便捷的技術(shù)成果。本文研究的是基于藍牙控制的智能小車設(shè)計，借助于手機平臺和藍牙技術(shù)，設(shè)計和實現(xiàn)了一種無線智能小車。

本設(shè)計是以51單片機為核心，以手機藍牙作為客戶端，小車上的藍牙模塊HC-06作為服務(wù)端，雙方通過串口進行通信，單片機驅(qū)動直流電機控制小車行動，完成了通過手機上的藍牙功能來控制小車行走的軟、硬件設(shè)計。通過設(shè)置手機界面來設(shè)置前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和自動避障等功能，完成小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和自動避障等基本運動功能。實驗結(jié)果表明，小車可以接收手機遙控信號并靈活地進行前行、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能。也為其他小車設(shè)計提出了一種新的思路，并且讓智能家居的生活成為現(xiàn)實更加進了一大步。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

設(shè)計以手機控制平臺、藍牙通訊模塊、電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊和超聲波模塊等硬件模塊組成的智能小車，總的系統(tǒng)框圖如圖1所示。單片機控制電機驅(qū)動來控制電機的正反轉(zhuǎn)以實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。HC-06為藍牙接收模塊，通過與手機端的藍牙進行連接配對，從而接收從手機端發(fā)送過來的動作指令。接收到的指令再傳給單片機，單片機通過分析傳遞過來的指令不同，而跳轉(zhuǎn)到不同的子程序來控制電機驅(qū)動，從而實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等不同的動作之后再讓小車顯示距離，自動避障和轉(zhuǎn)向。小車采用4wd驅(qū)動，以提高整車運動的平穩(wěn)性。電源提供給單片機5V直流電，L298需要從外部接兩個電壓，一個是給電機的，另一個給L298芯片的。

圖1 小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 硬件電路設(shè)計

硬件電路設(shè)計包括：主控模塊的選擇及其最小系統(tǒng)、LCD1602液晶顯示模塊、電機驅(qū)動電路模塊、超聲波電路、藍牙模塊電路等主要電路設(shè)計和與藍牙APP的結(jié)合使用。如圖2所示。

3.1 主控模塊的選擇

系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機作為系統(tǒng)的主控制芯片，完成收發(fā)藍牙信號、小車方向的控制、液晶顯示等相關(guān)功能。STC89C52RC系列單片機具有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。

單片機最小系統(tǒng)如圖2所示，包括了單片機、復(fù)位電路、時鐘電路。單片機可以通過手動按鍵復(fù)位，按下復(fù)位鍵S1后使單片機進入上電的初始狀態(tài)。系統(tǒng)時鐘電路選用了11.0596MHz的晶振，一個機器周期的時間約為1μs。

圖2 系統(tǒng)主控硬件電路圖

3.2 LCD1602顯示模塊與主控芯片的設(shè)計

系統(tǒng)選用LCD1602液晶顯示器，方便直觀顯示更多的參數(shù)，顯示器顯示波形類型、幅度、頻率。單片機P0口作為數(shù)據(jù)端口，液晶顯示接單片機的P0.0-P0.7端口，其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號。

3.3 電機驅(qū)動電路模塊設(shè)計

電機驅(qū)動電路模塊內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。

3.4 超聲波電路模塊設(shè)計

超聲波電路一個控制口發(fā)一個10US以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時器計時,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間,方可算出距離。如此不斷地周期測量,就可以得到移動測量的值。

3.5 藍牙模塊電路設(shè)計

藍牙模塊電路通過接收手機發(fā)過來的不同的信息向MCU發(fā)送不同的信息內(nèi)容，使小車進行不同的動作。

4 智能小車手機藍牙串口軟件

本設(shè)計所采用的藍牙app軟件是由微軟官方網(wǎng)站發(fā)布的SPP藍牙串口作為通信工具。它可以連接任何支持串行端口模式的藍牙設(shè)備（如手機）。SPP藍牙串口軟件支持藍牙SPP的客戶端模式；可以設(shè)置為ASCII或HEX顯示模式；可設(shè)置終端或聊天視圖；可以連接到藍牙MCU；可以連接到藍牙調(diào)制解調(diào)器（大多數(shù)手機支持）。控制界面如圖3所示，手機界面分別有前進、后退、左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)按鈕。操作界面類似于聊天界面，當(dāng)發(fā)送字符或者指令的時候，小車上的藍牙如果成功收到指令則會返回一個相同的指令或者字符。

圖3 智能小車手機藍牙控制界面圖

5 軟件編程

系統(tǒng)主要運用Keil和UV4兩個程序軟件進行程序編譯和仿真。軟件設(shè)計的主要有主控制、串口通信、中斷、驅(qū)動、定時、顯示等6個部分組成。

5.1 主程序流程圖

主程序流程圖如圖4所示。接上電源后，程序開始初始化設(shè)置，藍牙一直在檢測是否收到指令，如果接收到了指令，則會根據(jù)接收的指令進行前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和切換到無人操作模式等動作，否則會一直在循環(huán)檢測。當(dāng)進入了無人操作模式后，藍牙模塊停止工作，小車則會利用超聲波模塊進行自動避障和開始在液晶上顯示距離。當(dāng)顯示距離大于設(shè)定的距離時，小車會后退左轉(zhuǎn)，否則小車則會繼續(xù)前進，直到遇到了黑線后，跳出程序，實現(xiàn)停車。

5.2 藍牙流程圖

藍牙子程序流程圖如圖5所示。開始時，藍牙先初始化，然后一直檢測是否接收到指令。如果接收到指令則根據(jù)指令對前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和切換至無人模式進行選擇。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

圖5 藍牙子程序流程圖

6 實驗測試及結(jié)果分析

小車整體效果圖如圖6所示，對小車進行如下測試：

（1）在平坦開闊的場地，給小車供上11V左右的電源，當(dāng)藍牙接收到前進、后退等指令時均能正常行駛。

（2）在平坦開闊的場地，小車進入自動避障功能時，在小車前方設(shè)置障礙物，均能夠繞開，碰到黑線可以正常停車。

（3）由于受程序延時問題、外界環(huán)境因素和模塊本身工藝的影響，超聲波模塊測得的距離有3cm至6cm的誤差，但不影響小車的整體功能。

（4）兩個l298n模塊由兩個電源供電，但是電壓不會完全相等，所以小車在行駛過程中左邊車輪和右邊車輪速度有一點點差異，經(jīng)試驗會產(chǎn)生5至8度的偏移角，小于10度，不影響小車的整體功能。

7 總結(jié)

本文闡述一種可通過手機藍牙遙控或者無人駕駛小車的軟、硬件設(shè)計。單片機編程控制電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)小車前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，而電機的正反轉(zhuǎn)則由電機驅(qū)動L298N輸出端的邏輯電平來控制。手機控制時手機藍牙作為客戶端，小車上的藍牙模塊HC-06作為服務(wù)端，雙方通過串口進行通信；無人駕駛時則根據(jù)超聲波所測得的距離進行控制。實驗結(jié)果表明，小車可以接收手機遙控信號并靈活地前行、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和切換至無人駕駛的功能，達到了預(yù)期的目的，很好地完成了最開始預(yù)期的效果，并且為其他智能生活提供了很有價值意義的范例。

圖6 小車整體效果圖

[1]趙海蘭．基于單片機的紅外遙控智能小車的設(shè)計[J]．電子世界，2013(3)：45-47．

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[3]姚培，張李堅，周晶香．基于單片機控制的智能循跡避障小車[J]．現(xiàn)代制造，2010(12)：192-193．

[4]趙振德．多功能遙控智能小車的制作[J]．電子制作，2011(4)：12-16．

[5]李瀚霖，王嘉楠，邊天劍．智能小車研究與設(shè)計[J]．科技致富向?qū)В?011(18)：122-122．

[6]張毅剛，彭喜元，彭宇．單片機原理及應(yīng)用[M]．北京：高等教育出版社，2010．

[7]張鑫．單片機原理及應(yīng)用(第2版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2013．

[8]陳桂友．增強型8051單片機實用開發(fā)技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010．

[9]李曉林，牛昱光，閻高偉．單片機原理與接口技術(shù)(第2版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2011．

Design of Intelligent Vehicle Control Based on Bluetooth

Zheng Haicheng Yang Dongtao* Liu Yan Chen Xueyue Lu Jiongxin
(School of Electronics and Information Technology,Jiaying University,Meizhou 514015,Guangdong)

In this paper,we study the multifunctional intelligent car with Bluetooth remote control,and control the intelligent model using wireless Bluetooth technology.The system is composed of C51 micro-controller as the main control chip,L298N motor driver IC,hc-06 Bluetooth wireless module,1602 liquid crystal display module,ultrasonic module circuit.Based on mobile phone platform,a complete multifunctional smart car system is achieved with Bluetooth technology,achieving the functions of Bluetooth wireless remote control and automatic wall avoidance.

Bluetooth control;APP wireless control;intelligent vehicle

TP23

A

1008-6609(2016)05-0062-03

作者介紹：鄭海城，男，廣東揭陽人，研究方向：電子信息工程學(xué)院

*通信作者介紹：楊冬濤，女，廣東梅州人，碩士，實驗師，研究方向：信號與信息處理。