基于安卓手機(jī)藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計(jì)

作者/王海、何仕騫，綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系

基于安卓手機(jī)藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計(jì)

作者/王海、何仕騫，綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系

基于智能手機(jī)平臺(tái)，借助藍(lán)牙通信技術(shù)設(shè)計(jì)一款智能小車。設(shè)計(jì)中將藍(lán)牙、單片機(jī)技術(shù)和智能移動(dòng)終端平臺(tái)結(jié)合，設(shè)計(jì)小車通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、 倒車等功能的控制。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙控制小車的智能行駛，這為車載電子的無線通信設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)方法，也為汽車無線遠(yuǎn)程控制的設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

藍(lán)牙通信；移動(dòng)智能終端；汽車電子

引言

智能小車的設(shè)計(jì)的思路是基于以下幾個(gè)方面：隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車配備的電子設(shè)備越來越多，使得車載電子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)車的影響非常大； 其次， 汽車車載藍(lán)牙技術(shù)得到普及，同時(shí)智能手機(jī)逐漸普及，移動(dòng)智能終端設(shè)備給人們的生活帶來極大的便利。因此目前國內(nèi)、外很多汽車整車廠、汽車電子公司都致力于開發(fā)基于智能手機(jī)的全景泊車系統(tǒng)、胎壓檢測(cè)系統(tǒng)、藍(lán)牙OBD等汽車電子系統(tǒng)，通過車載藍(lán)牙連接智能終端，可實(shí)時(shí)讓駕駛員了解車身周圍的信息，監(jiān)控汽車的行駛狀態(tài)、查詢汽車的故障信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接給汽車駕駛員日常駕駛和日常維護(hù)帶來了很大的便利［1］。

1. 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容包括小車的制作、控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)、藍(lán)牙通信協(xié)議調(diào)試，安卓手機(jī) APP設(shè)計(jì)[2]，總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本次設(shè)計(jì)小車主要實(shí)現(xiàn)功能包括：

（1）可通過手機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車等功能；

（2）設(shè)置當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)至超出藍(lán)牙控制范圍時(shí)，小車自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)；

（3）設(shè)置當(dāng)小車前方有障礙物時(shí)右轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)小車避障功能。

2. 硬件設(shè)計(jì)

■2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍電路

圖 1 總體方案設(shè)計(jì)圖

在設(shè)計(jì)中采用智能手機(jī)，通過藍(lán)牙WE-40C模塊傳輸給單片機(jī)，因此對(duì)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理的要求不高，設(shè)計(jì)中采用宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2芯片，該芯片指令兼容8051單片機(jī)，但速度快。最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘及波特率的精確控制采用11.0592MHz晶振，單片機(jī)RXD、TXD分別連接WE-40C藍(lán)牙串口的TXD、RXD引腳。P2口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L293D的INT0、INT1、INT3、INT4引腳連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制。

■2.2 電源模塊

在硬件電路中需要供電的電路包括：單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、藍(lán)牙模塊。設(shè)計(jì)中電源采用7.2V的可充電鋰電池。在設(shè)計(jì)中各模塊都采用5V電源，但由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流大，因此在設(shè)計(jì)過程中對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊L293D模塊采用LM2576單獨(dú)供電。其余單片機(jī)模塊及藍(lán)牙模塊利用AMS1117將電池的7.2V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓供電。經(jīng)測(cè)試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機(jī)工作良好。

■2.3 驅(qū)動(dòng)模塊

本設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)模塊采用L293D芯片，L293是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用16腳封裝，內(nèi)部是由雙極性管組成的H橋電路。其輸出電流為100mA，最高電流2A，最高工作電壓36V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖2所示。

在圖2中，使EN1與EN2兩個(gè)使能端始終為1，通過控制IN1～I(xiàn)N4輸入端的狀態(tài)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

■2.4 藍(lán)牙模塊

在本設(shè)計(jì)中采用WE-40C藍(lán)牙模塊，設(shè)置一個(gè)為主機(jī)，另一個(gè)為從機(jī)。在電路中應(yīng)用到4個(gè)引腳，VCC、GND、RXD和TXD，其中RXD和TXD分別和單片機(jī)模的TXD和RXD引腳連接。通過藍(lán)牙模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的無線通訊功能，本質(zhì)上使用的是單片機(jī)串口通信。當(dāng)藍(lán)牙模塊上電后紅色指示燈閃爍，與另一藍(lán)牙?？鞎r(shí)，藍(lán)色指示燈常亮，便于在設(shè)計(jì)過程中判斷藍(lán)牙模塊是否連接正常。

3 .軟件設(shè)計(jì)

■3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖2 L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

圖3 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程圖

單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程圖如3所示，在單片機(jī)初始化中主要完成個(gè)端口的初始化、并根據(jù)藍(lán)牙模塊傳輸波特率設(shè)置串口波特率初值，之后程序不斷判斷藍(lán)牙連接連接是否完成，直至完成連接后，程序不斷判斷串口數(shù)據(jù)，當(dāng)接受到控制指令分別 為 0x01、0x02、0x03、0x04、0x00，分別置值P2口為0x99、0x66、0x55、0xaa、0x00，驅(qū)動(dòng)模塊采用P2口數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使小車完成指定動(dòng)作。

■3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

Android是基于Linux2.6系統(tǒng)為核心的開源手機(jī)操作系統(tǒng)，允許第三方軟件。因此在設(shè)計(jì)過程中采用安卓手機(jī)作為上位機(jī)，設(shè)計(jì)中考慮方便操作，上位機(jī)界面設(shè)計(jì)簡潔，小車主要?jiǎng)幼饔缮衔粰C(jī)上按鈕觸，在手機(jī)界面上設(shè)置5個(gè)按鈕，用于控制小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。藍(lán)牙進(jìn)行通信，過程中需要完成4個(gè)步驟：藍(lán)牙設(shè)置、藍(lán)牙配對(duì)、藍(lán)牙連接和數(shù)據(jù)傳輸[4]。

圖4 小車俯視圖

4.系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析

■4.1 小車整體外觀

智能小車整體實(shí)物圖如圖 4 所示。小車有上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，小車控制器部分主要包括單片機(jī)控制模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、紅外防撞模塊、藍(lán)牙通信模塊及電源模塊電等。

■4.2 系統(tǒng)整體調(diào)試

藍(lán)牙控制智能小車可實(shí)現(xiàn)功能包含：可采用Android手機(jī)客戶端操作界面按鈕，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車等功能；可在小車行走過程中通過紅外模塊避開障礙物實(shí)現(xiàn)小車防撞功能； 當(dāng)小車在行走過程中在超出藍(lán)牙控制范圍時(shí)，小車能夠自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)，避免小車失控[5]。主要調(diào)試內(nèi)容如下：

（1）藍(lán)牙通信測(cè)試。 通過安卓手機(jī)APP界面按鍵控制小車的前進(jìn)后退，小車實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，證明通信系統(tǒng)沒有問題，小車能夠正常工作。

（2）小車運(yùn)動(dòng)測(cè)試。當(dāng)小車收到安卓手機(jī)發(fā)送的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停止等指令后， 單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)控制四個(gè)直流電機(jī)做相應(yīng)的 “動(dòng)作”。

5.結(jié)語

設(shè)計(jì)基于Android操作系統(tǒng)，論述整個(gè)小車軟硬件設(shè)計(jì)過程，通過測(cè)試設(shè)計(jì)智能小車可通過安卓手機(jī)實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制。本次設(shè)計(jì)中小車還可進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速、攝像功能等。本設(shè)計(jì)的意義在于將單片機(jī)技術(shù)，藍(lán)牙通信技術(shù)和智能終端設(shè)備有效的結(jié)合，運(yùn)用車聯(lián)網(wǎng)概念，為車載電子的無線通信設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。

＊ [1]林志翔，肖寶森.新型多功能智能小車的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)， 2011， 34 （6）： 134 136

＊ [2]張偉辰，劉國猛，陳德為.基于安卓手機(jī)藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2016，04：28—30

＊ [3]徐兵，廖友成等. 基于android平臺(tái)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)策略與控制，2014，22（2）：601—602

＊ [5]林明標(biāo)、莫金海.基于安卓手機(jī)的無線重力感應(yīng)控制智能小車[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，23（4）：1175—1178

＊ [6]湯莉莉，黃 偉.基于 Android手機(jī)藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（12）：132—134