基于藍(lán)牙控制技術(shù)的智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫芮，陳錦鴻，王麗

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東廣州 510800)

0 引言

藍(lán)牙作為一種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備間的短距離數(shù)據(jù)交換。當(dāng)今汽車(chē)車(chē)載藍(lán)牙應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，移動(dòng)智能手機(jī)也給人類的生活帶來(lái)了便利。設(shè)計(jì)基于藍(lán)牙控制技術(shù)的智能小車(chē)控制系統(tǒng)，可為車(chē)載藍(lán)牙與手機(jī)相結(jié)合的設(shè)計(jì)提供新的設(shè)計(jì)思維與方法，也為汽車(chē)無(wú)線遠(yuǎn)程控制的設(shè)計(jì)提供參考。

1 總體設(shè)計(jì)方案

此設(shè)計(jì)以安卓手機(jī)作為控制端，以STC89C52單片機(jī)為藍(lán)牙信號(hào)接收控制核心。首先需要在安卓手機(jī)端安裝藍(lán)牙APP，利用APP作為平臺(tái)發(fā)送藍(lán)牙數(shù)據(jù)，智能小車(chē)端的藍(lán)牙模塊把接收的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)串口把數(shù)據(jù)傳給STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)處理判斷后作出反應(yīng)，如此實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小車(chē)的藍(lán)牙控制。智能小車(chē)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)具有智能循跡，在簡(jiǎn)單環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能；

(2)具有手機(jī)APP藍(lán)牙控制功能的智能小車(chē)，可通過(guò)手機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎等功能。

智能小車(chē)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

主要工作原理為：裝有藍(lán)牙APP的安卓手機(jī)將控制命令發(fā)送給智能小車(chē)藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊把信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片根據(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(chē)前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、停止的實(shí)時(shí)控制。

圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

2 智能小車(chē)模塊設(shè)計(jì)

2.1 微處理器 STC89C52

設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用STC89C52芯片，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于輸入與輸出，共有40個(gè)引腳，與STC89C51相比多了一個(gè)中斷源和定時(shí)計(jì)數(shù)器。該單片機(jī)具有讀取和采集小車(chē)數(shù)據(jù)的功能, 根據(jù)采集的信號(hào)進(jìn)行控制并針對(duì)小車(chē)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和障礙進(jìn)行避障等控制。設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)模塊運(yùn)用了P1.2-P1.7串口；超聲波模塊運(yùn)用了P2.0、P2.1串口；避障與循跡模塊運(yùn)用了P3.2、P3.3、P3.4、P3.5串口；藍(lán)牙模塊運(yùn)用了P3.0、P3.1串口，具體如圖2所示。

圖2 開(kāi)發(fā)板原理

2.2 電源模塊

設(shè)計(jì)中采用2節(jié)3.7 V可充鋰電池直接供電，由于小車(chē)各模塊需要5 V的恒壓電源供電，通過(guò)LM7805降壓IC把電池降壓輸出5 V；而電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流較大，在設(shè)計(jì)過(guò)程中由驅(qū)動(dòng)模塊L293D驅(qū)動(dòng)芯片電池直接供電，可用PWM調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.3 驅(qū)動(dòng)模塊

設(shè)計(jì)中采用L293D驅(qū)動(dòng)芯片，它是一款雙橋驅(qū)動(dòng)芯片，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)或一路步進(jìn)電機(jī)，輸出電流可達(dá)600 mA，峰值輸出電流可達(dá)1.2 A，內(nèi)部自帶ESD保護(hù)，模塊工作電壓5 V，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓范圍為4.5～36 V，接線柱輸出，方便連接電機(jī)。小車(chē)通過(guò)開(kāi)發(fā)板輸出控制信號(hào)給L293D，由L293D驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)減速馬達(dá)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)模塊原理如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)模塊原理

2.4 避障模塊

設(shè)計(jì)中采用超聲波避障和紅外避障傳感器共同完成避障。采用前置超聲波探頭可以測(cè)0.2～5 m范圍內(nèi)是否存在障礙物，超聲波發(fā)射超聲波，如果遇到障礙物，超聲波反射回來(lái)，發(fā)射波被超聲波回收裝置接收后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)然后被轉(zhuǎn)化為高、低電平信號(hào)反饋給單片機(jī)，高電平則說(shuō)明遇到了障礙物，根據(jù)反饋信號(hào)自動(dòng)完成避障。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s，即：s=340t/2 。超聲波原理圖如圖4所示。

圖4 超聲波原理

紅外避障傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)傳感器的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的反向放大，信號(hào)輸出由默認(rèn)的高電平變?yōu)榈碗娖?。發(fā)光二極管產(chǎn)生了電壓差，所以信號(hào)指示燈亮，認(rèn)定前方有障礙，同時(shí)信號(hào)輸出給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)電平的變化控制電機(jī)工作實(shí)現(xiàn)避障。紅外接收原理圖如圖5所示。

圖5 紅外接收原理

2.5 循跡模塊

此設(shè)計(jì)采用紅外循跡傳感器，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，立即避開(kāi)行駛。黑線的檢測(cè)原理是紅外發(fā)射管發(fā)射光線到路面，紅外光遇到白底則被反射，接收管接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸出低電平；當(dāng)紅外光遇到黑線時(shí)則被吸收，接收管沒(méi)有接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸出高電平。產(chǎn)生的信號(hào)輸出給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)電平的變化控制電機(jī)工作實(shí)現(xiàn)避障。紅外避障與循跡反饋模塊原理如圖6所示。

圖6 紅外避障與循跡反饋模塊原理

2.6 藍(lán)牙模塊

此設(shè)計(jì)采用HC-06從機(jī)藍(lán)牙模塊，引出接口為VCC、GND、TXD、RXD、預(yù)留LED狀態(tài)輸出腳，單片機(jī)可以通過(guò)該腳判斷藍(lán)牙是否已經(jīng)連接，LED閃爍表示沒(méi)有藍(lán)牙連接，常亮表示藍(lán)牙已經(jīng)連接并打開(kāi)了端口。藍(lán)牙模塊TXD和RXD先不接，把小車(chē)端程序燒寫(xiě)進(jìn)開(kāi)發(fā)板后再接線，藍(lán)牙的TXD接開(kāi)發(fā)板P3.0，藍(lán)牙RXD接開(kāi)發(fā)板P3.1。通過(guò)手機(jī)的藍(lán)牙來(lái)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，先在安卓手機(jī)上安裝藍(lán)牙APP，打開(kāi)藍(lán)牙功能且此時(shí)小車(chē)通電，搜索藍(lán)牙設(shè)備，小車(chē)上藍(lán)牙模塊的名稱為HC-06，選擇后進(jìn)行連接，連接成功后通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙APP就可以控制小車(chē)。藍(lán)牙模塊原理如圖7所示，手機(jī)APP控制小車(chē)操作界面如圖8所示。

圖7 藍(lán)牙模塊原理

圖8 手機(jī)端操作界面

3 結(jié)束語(yǔ)

基于藍(lán)牙控制技術(shù)設(shè)計(jì)智能小車(chē)控制系統(tǒng)，利用STC89C52芯片、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊、循跡模塊、藍(lán)牙模塊，在裝有藍(lán)牙APP的安卓手機(jī)通過(guò)將控制命令發(fā)送給小車(chē)藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊把信號(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(chē)前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、停止的實(shí)時(shí)控制。將手機(jī)變?yōu)檫b控器，為其他便利人們生活的智能設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了參考。