孔繁云川 王娜

摘 要：伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，Android系統(tǒng)平臺以其獨有的開放性優(yōu)勢正在為我們提供更多優(yōu)質(zhì)便捷的技術(shù)成果。該次設(shè)計是基于安卓手機藍牙控制的太陽能智能小車設(shè)計，借助手機平臺和藍牙技術(shù)，設(shè)計和實現(xiàn)了一種無線遙控太陽能供電小車新的解決方案。本次設(shè)計是以手機控制平臺、藍牙模塊、太陽能供電板、電機驅(qū)動模塊等硬件模塊所組成的遙控小車。實現(xiàn)了小車的前進、后退、前左轉(zhuǎn)彎、前右轉(zhuǎn)彎、后左轉(zhuǎn)彎、后右轉(zhuǎn)彎等實時得控制功能。

關(guān)鍵詞：太陽能 藍牙 避障

中圖分類號：TP368 文獻識別碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0008-03

1 產(chǎn)品的整體設(shè)計

太陽能智能藍牙小車的整體結(jié)構(gòu)由太陽能供電系統(tǒng)、MCU、電機驅(qū)動模塊、藍牙模塊、避障模塊、復(fù)位電路構(gòu)成，如圖1所示。

手機與藍牙模塊互相配對并向單片機發(fā)送控制信號，使單片機控制左右兩臺直流減速電機的正反轉(zhuǎn)以實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止的功能。藍牙模塊起接受信號的作用，單片機接收到信號以后通過分析傳遞過來的數(shù)據(jù)，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序來控制電機驅(qū)動，進而實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等不同的動作。當小車的前進方向上遇到障礙物時，小車前方的避障模塊做出反應(yīng)，向單片機發(fā)送信號，單片機通過分析信號來執(zhí)行不同指令，通過L298N驅(qū)動模塊來控制電機是小車對障礙物進行規(guī)避，從而實現(xiàn)自動避障功能。

2 藍牙技術(shù)組成

藍牙，能在包括智能手機、MID、平板、筆記本、無線耳機、無線音箱等移動通信終端設(shè)備間無線互聯(lián)。利用“藍牙”技術(shù)，能夠使得各個終端設(shè)備之間的連接更簡單，也能夠使終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的通信更快捷，使數(shù)據(jù)傳輸更高效，拓寬無線通信的道路。藍牙特點有：采用了分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、快跳頻和短包技術(shù)、支持點對點、點對多點通信、工作在全球通用的2.4 GHz ISM頻段。

2.1 藍牙的基本特點

藍牙技術(shù)利用了短距離、低成本的無線連接替代了傳統(tǒng)的電纜連接方式，從而為現(xiàn)存的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和小型外圍設(shè)備接口提供了統(tǒng)一的連接方式。以下介紹一些它具有的主要的技術(shù)性能及特點。

（1）射頻特性。

藍牙設(shè)備選用段全球通用的2.4 GHz ISM工作頻段，這讓藍牙使用更方便、應(yīng)用更自由，也使得藍牙技術(shù)在用戶交互使用上更容易使用，對用戶也更具有粘性。藍牙2.0或藍牙3.0設(shè)備之間的有效通訊距離大約為10～30 m比較短，現(xiàn)在最先進的藍牙4.0技術(shù)將這一范圍拓展到了100 m以上，這一跨越使得。

（2）TDMA結(jié)構(gòu)。

藍牙數(shù)據(jù)的傳輸速率是1 Mb/s，采取數(shù)據(jù)短包的方式按時隙傳送，每時隙0.625μs。

（3）使用跳頻技術(shù)。

跳頻是藍牙的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于單時隙包，藍牙的跳頻速率為1600跳/秒；對于多時隙包，跳頻速率有所降低；但在建鏈時則提高為3200跳/s。這樣高的調(diào)頻速率，使得藍牙系統(tǒng)擁有相當高的抗干擾性能，且硬件設(shè)備簡單、性能優(yōu)越。

（4）藍牙設(shè)備的組網(wǎng)。

藍牙的組網(wǎng)有點對點、點對多點兩種連接方式，在有效通訊范圍之中，所有的移動終端通信設(shè)備都是平等的，并且遵循統(tǒng)一的工作方式。

（5）軟件的層次結(jié)構(gòu)。

藍牙的通訊協(xié)議采用多層次式結(jié)構(gòu)。其底層是各種應(yīng)用都可以使用的，高層則不同，大體分為兩種方式分別是計算機背景、非計算機背景。

2.2 藍牙模塊的選擇

藍牙模塊一般分主機和從機，主機能和從機配對通信，而從機與從機之間或者主機與主機之間不能通信，其中從機能和電腦、手機等的藍牙配對通信，購買時默認為從機。此外，市場上還有一種藍牙模塊是屬于主從機一體的。

我在做智能小車控制時，藍牙模塊主要是實現(xiàn)接收從手機端發(fā)送過來的指令，所以我們需要的是從機模塊。

在該次設(shè)計中我們只需實現(xiàn)簡單的通信，因此選用HC-06模塊。

3 硬件電路的設(shè)計

3.1 紅外線避障模塊

紅外線避障模塊對環(huán)境光線有著較強的適應(yīng)能力，它具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管會發(fā)射紅外線，當傳感器前方遇到反射面時，紅外線通過反射面反射回來后被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，紅色指示燈會發(fā)光，同時信號輸出接口輸出數(shù)字信號。

該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點。

當模塊接收管接收到前方障礙物反射回來的紅外線信號時，電路板上紅色指示燈發(fā)光，同時OUT端口持續(xù)輸出低電平信號，該模塊檢測距離2～30 cm，檢測角度35°，檢測距離可以通過電位器進行調(diào)節(jié)，順時針調(diào)電位器，檢測距離增加；逆時針調(diào)電位器，檢測距離減少。

紅外模塊采用LM393電壓比較器，使得檢測距離可以被調(diào)節(jié)，輸出為TTL電平，使得單片機編程更加方便。

3.2 藍牙模塊

3.2.1 藍牙模塊HC-06介紹

（1）采用CSR主流藍牙芯片如圖2，藍牙V2.0協(xié)議標準。

（2）核心串口模塊工作電壓3.3 V。帶底板的可以為3.1～6.5 V之間。

（3）波特率為1200，2400，4800，9600， 19200，38400，57600，115200用戶可設(shè)置。

（4）核心模塊尺寸大小為：28 mm×15 mm×2.35 mm。底板尺寸27 mm×47 mm。

（5）電流：配對過程中為50 mA，通信過程中為28 mA。

（6）休眠電流：不休眠。

（7）出廠默認參數(shù)：從機，波特率：9600，N，8，1。配對密碼：1234。

3.2.2 AT命令集

（1）測試通訊。

發(fā)送：AT（返回OK，一秒左右發(fā)一次） 返回：OK

（2）修改藍牙串口波特率。

發(fā)送：AT+BAUD1 返回：OK1200 發(fā)送：AT+BAUD2 返回：OK2400

1---------1200

2---------2400

3---------4800

4---------9600

5---------19200

6---------38400

7---------57600

8---------115200

9---------230400

A---------460800

B---------921600

C---------1382400

一般情況選用9600的波特率完全可以滿足操作需要。

（3）改藍牙名稱。

發(fā)送：AT+NAMEname

返回：OKname

參數(shù)name：所要設(shè)置的當前名稱（20個字符以內(nèi)）。例：發(fā)送AT+NAMEbill_gates

返回OKname

這時藍牙名稱改為bill_gates，參數(shù)可以掉電保存，只需修改一次。

（4）改藍牙配對密碼。

發(fā)送：AT+PINxxxx

返回：OKsetpin

參數(shù)xxxx：所要設(shè)置的配對密碼，4個字節(jié)，此命令可用于從機或主機。例：發(fā)送AT+PIN2345

返回OKsetpin

這時藍牙配對密碼改為2345，模塊在出廠時的默認配對密碼是1234。

3.3 太陽能供電系統(tǒng)

該次設(shè)計使用較為成熟的薄膜太陽能技術(shù)，能將光能有效的轉(zhuǎn)化為電能，通過使用7805穩(wěn)壓管將輸出的電壓穩(wěn)定輸出在5 V。其提供的電能足以驅(qū)動智能小車，使其完成各種動作。

4 軟件設(shè)計

該次設(shè)計應(yīng)用C語言編程序。此次設(shè)計所選用的單片機是STC89C52RC單片機，其C語言語法和結(jié)構(gòu)和標準C語言基本相同，只是有了相應(yīng)的擴充，用到的編譯軟件是Keil uVision2。

Keil uVision2軟件提供了十分豐富的庫函數(shù)，以及功能強大的集成開發(fā)調(diào)試軟件。Keil uVision2在使用前一定要先進行注冊，否則程序過大會造成編譯時出現(xiàn)地址使用錯誤。在程序編譯過程中就遇到過這種問題。單個程序運行時沒有錯誤，但一整合編譯后就會出現(xiàn)地址沖突的現(xiàn)象。這個問題困擾了很長一段時間，通過查資料發(fā)現(xiàn)若是Keil uVision2軟件沒有注冊的話使用時當程序過大就會出現(xiàn)地址沖突現(xiàn)象。在注冊完成后，程序編譯能順利通過。

4.1 上位機控制程序

該設(shè)計的功能之一是由手機平臺通過藍牙控制小車的行動。

手機軟件通過Eclipse進行開發(fā)，程序流程圖，如圖3所示，基于Android SDK和JAVA開發(fā)環(huán)境，主要通過手機藍牙通訊方式，對驅(qū)動電機進行控制。開發(fā)完成后用Android的模擬器即可進行程序的調(diào)試，當調(diào)試成功之后，就可以下載到手機上進行運行了。

編譯后通過下載至手機安裝后，打開可見到如圖4界面。

如圖4可見四個箭頭標志，上下兩個箭頭標志可以控制小車前進與后退，左右兩個箭頭標志可以控制小車向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)。右邊的數(shù)字鍵可以用來修改藍牙的密碼。點擊藍牙連接后會出現(xiàn)如圖5的界面。

在圖5中的LH1234就是我的藍牙模塊，可以看到其已經(jīng)實現(xiàn)了藍牙的配對。藍牙配對成功后我們就可以通過手機完成對智能小車的一系列控制。

4.2 電機控制程序

單片機的I/O的驅(qū)動能力不足以驅(qū)動電機，因此選擇L298N電機驅(qū)動模塊來實現(xiàn)電機的驅(qū)動。單片機通過I/O口的數(shù)據(jù)來改變L298N驅(qū)動的信號輸入端的數(shù)據(jù)，進而可以對電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的操作控制。

表1所示為輸入引腳與輸出引腳的邏輯關(guān)系。

L298N電機驅(qū)動模塊性能特點：

（1）可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。

（2）啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大。

（3）工作電壓可達到36 V，4 A。

（4）可同時驅(qū)動兩臺直流電機。

（5）適合應(yīng)用于機器人設(shè)計及智能小車的設(shè)計。

控制代碼：

void GO（void） //直行

{ OUT1=0；

OUT2=1；

OUT3=0；

OUT4=1；}

void Back（void） //后退

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=1；

OUT4=0；}

void TR（void） //右轉(zhuǎn)

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=0；

OUT4=0；}

void STR（void） //右大轉(zhuǎn)

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=0；

OUT4=1；}

void TL（void） //左轉(zhuǎn)

{ OUT1=0；

OUT2=0；

OUT3=1；

OUT4=0；}

void STL（void） //左大轉(zhuǎn)

{ OUT1=0；

OUT2=1；

OUT3=1；

OUT4=0；}

5 結(jié)論

該文利用太陽能提供電源，采用穩(wěn)壓電路，使得小車的控制電路及驅(qū)動電路平穩(wěn)運行。使用5個紅外距離傳感器，采用車頭平均分布排列，理論上可以防止小車的碰撞，從測試結(jié)果來看，只能車能較為準確的避開障礙物，能獨立使用太陽能運行，藍牙控制較為可靠，因此，該文的設(shè)計方案可靠性較高，運行穩(wěn)定，達到了設(shè)計要求。

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