基于手機(jī)藍(lán)牙的智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳伯彪，郭禧斌

（鄭州科技學(xué)院，河南鄭州450064）

基于手機(jī)藍(lán)牙的智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳伯彪，郭禧斌

（鄭州科技學(xué)院，河南鄭州450064）

設(shè)計(jì)了一種通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)對(duì)小車控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙模塊HC－06與智能手機(jī)建立藍(lán)牙通信，以STC89C52作為主控芯片，接收藍(lán)牙模塊傳送的信號(hào)并進(jìn)行處理，通過(guò)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使單片機(jī)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在Android手機(jī)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，通過(guò)設(shè)計(jì)的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)車的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向等控制。

藍(lán)牙通訊；控制系統(tǒng)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；單片機(jī)；硬件電路；軟件設(shè)計(jì)；系統(tǒng)調(diào)試

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線控制技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)遍及電子、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、航空領(lǐng)域。無(wú)線控制系統(tǒng)有紅外、射頻以及藍(lán)牙技術(shù)等，其中，藍(lán)牙技術(shù)被廣泛應(yīng)用［1］。藍(lán)牙是一種無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)。利用藍(lán)牙技術(shù)能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信。

安卓（android）系統(tǒng)是一個(gè)以Linux為基礎(chǔ)的半開(kāi)源操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于便攜設(shè)備。它憑借可操作性強(qiáng)和開(kāi)放性的優(yōu)勢(shì)，迅速成為智能手機(jī)的主流操作平臺(tái)。筆者以裝有安卓系統(tǒng)的智能手機(jī)為終端，基于藍(lán)牙技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種小車控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙通信傳輸控制指令給單片機(jī)，再利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)小車前行、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

本控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)模塊、電源模塊、藍(lán)牙模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和手機(jī)遙控平臺(tái)等組成。

1.2 系統(tǒng)工作原理

裝有安卓系統(tǒng)的智能手機(jī)通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙將控制命令發(fā)送給車載藍(lán)牙，車載藍(lán)牙把信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)根據(jù)傳遞過(guò)來(lái)的指令運(yùn)行不同的子程序，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、停止的實(shí)時(shí)控制。手機(jī)藍(lán)牙控制的智能小車系統(tǒng)總體組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Fig.1 General design of system

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要對(duì)單片機(jī)、車載藍(lán)牙模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行供電。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊需要9 V電源供電，單片機(jī)和車載藍(lán)牙模塊需要5 V的恒壓電源供電。系統(tǒng)選用了LM7805集成穩(wěn)壓芯片，其有一系列固定的電壓輸出，故應(yīng)用廣泛。LM7805集成穩(wěn)壓芯片還可以將系統(tǒng)所需的9 V輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V的電壓恒定輸出。因此，在不需要更換電池的情況下，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定安全。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本設(shè)計(jì)依靠2個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車的2個(gè)車輪。在小車行進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)控制與調(diào)整車輪的速度和旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)小車的不同行進(jìn)狀態(tài)。系統(tǒng)采用L298N作為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其電路如圖2所示。該芯片用于控制直流電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載，內(nèi)部包含8通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)來(lái)控制電機(jī)，具有較低的飽和壓降以及過(guò)熱保護(hù)。同時(shí)，它可產(chǎn)生的穩(wěn)定輸出電壓，抗干擾能力強(qiáng)［2］。

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路Fig.2 M otor drive circuit

該電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)單片機(jī)的I／O輸入改變芯片控制端的電平，單片機(jī)通過(guò)I／O口輸出TTL電平為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片IN1～I(xiàn)N2提供信號(hào)，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等操作。

2.3 車載藍(lán)牙模塊

本系統(tǒng)車載藍(lán)牙采用HC－06藍(lán)牙模塊。它在具有無(wú)線藍(lán)牙通信功能的設(shè)備中使用比較廣泛［3］。HC-06藍(lán)牙模塊分主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)能與從機(jī)配對(duì)通信，從機(jī)能與手機(jī)藍(lán)牙配對(duì)通信。該模塊工作電壓為3.3V，可實(shí)現(xiàn)在10m范圍內(nèi)的無(wú)線通信。HC－06藍(lán)牙模塊芯片共有VCC、GND、RXD、TXD 4個(gè)引腳，可以很方便地實(shí)現(xiàn)與手機(jī)等具有藍(lán)牙的設(shè)備進(jìn)行無(wú)縫連接。STC89C52通過(guò)串口與藍(lán)牙模塊HC－06連接，接收手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送的控制命令。HC－06工作原理圖如圖3所示：

圖3 HC－06藍(lán)牙模塊芯片電路圖Fig.3 HC-06 b luetooth module chip circuit

2.4 APP軟件模塊

在安卓系統(tǒng)應(yīng)用商店中尋找合適的藍(lán)牙串口軟件。本系統(tǒng)采用的軟件為藍(lán)牙串口SPP軟件。因?yàn)檐浖婕皩?duì)不同設(shè)備的兼容問(wèn)題，所以，對(duì)該軟件的不同版本進(jìn)行了比對(duì)。由于所選用手機(jī)為安卓2.1版本，因此，采用藍(lán)牙串口SPP5.3.3較為穩(wěn)定。將不同指令設(shè)置到資料所提供的APP軟件中進(jìn)行配置，如表1所示。

表1 指令配置表Tab.1 Instruction configuration

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序的功能主要是檢測(cè)藍(lán)牙設(shè)備是否工作正常、設(shè)置藍(lán)牙與下位機(jī)連接以及手機(jī)各功能按鍵的實(shí)現(xiàn)等。功能按鈕是由前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等模塊組成。

根據(jù)指令按鍵的配置，手機(jī)向外發(fā)送指令信號(hào)。該信號(hào)被車載藍(lán)牙模塊HC－06接收，并通過(guò)串口通信發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)獲得的信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)小車前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、停止的實(shí)時(shí)控制。藍(lán)牙控制程序流程如圖4所示。

圖4 藍(lán)牙控制程序流程圖Fig.4 Bluetooth control program flow

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試包括以下內(nèi)容：（1）檢查各個(gè)模塊之間，電機(jī)驅(qū)動(dòng)與電機(jī)之間的連接是否正確。若都沒(méi)有出錯(cuò)，打開(kāi)提供給各個(gè)模塊的5 V電源和提供給電機(jī)的9V電源。此時(shí)，最小系統(tǒng)模塊指示燈點(diǎn)亮，表示單片機(jī)供電正常；藍(lán)牙模塊指示燈開(kāi)始閃爍，表示藍(lán)牙模塊也供電正常。（2）打開(kāi)安卓手機(jī)界面，自動(dòng)搜索藍(lán)牙芯片的地址，并進(jìn)行連接。當(dāng)藍(lán)牙芯片的指示燈有閃爍轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ａ烈院?，表示藍(lán)牙配對(duì)連接成功。（3）在手機(jī)端的界面上點(diǎn)擊前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)按鈕，查看小車的動(dòng)向。當(dāng)在手機(jī)端的界面上點(diǎn)擊前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，藍(lán)牙模塊能接受手機(jī)端發(fā)送的字符相應(yīng)字母的ASCII碼值，并且能夠通過(guò)串口相應(yīng)的傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)分析串口傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，改變P2口的值來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸入端IN1、IN2、IN3、1N4。整體系統(tǒng)調(diào)試如圖5所示。

圖5 智能小車上電調(diào)試圖Fig.5 Intelligent car electric debugging

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于手機(jī)藍(lán)牙的智能小車控制系統(tǒng)通過(guò)Android手機(jī)上的APP應(yīng)用程序的按鍵模式實(shí)現(xiàn)了小車的前行、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能，達(dá)到了預(yù)期目的。該思想將手機(jī)變身為遙控器，為人們的生活帶來(lái)無(wú)限方便，也可為其他智能設(shè)備控制提供參考。

［1］李俠，沈峰.基于安卓系統(tǒng)的低功耗藍(lán)牙應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào).2014，16（5）：133－136.

［2］張?zhí)禊i，徐磊.L298N控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)［J］.工業(yè)設(shè)計(jì).2011（3）：98－99.

［3］談敏，劉高平.基于手機(jī)藍(lán)牙接口的小車遙控系統(tǒng)［J］.浙江萬(wàn)里學(xué)院學(xué)報(bào).2012，25（4）：77－80.

[責(zé)任編輯 胡修池]

TP872

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.014

2016-05-31

吳伯彪（1988-），男，河南鄭州人，助教，主要從事控制理論與控制工程專業(yè)的教學(xué)與研究工作。