黃虹霖，劉書剛，李宇倩，李　蕾

（華北電力大學(xué)，保定071003）

基于K60單片機(jī)的駕考輔助系統(tǒng)?

黃虹霖，劉書剛，李宇倩，李蕾

（華北電力大學(xué)，保定071003）

駕駛技術(shù)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)員不能站在宏觀角度觀察車的運(yùn)動(dòng)過程，因此難以建立對(duì)教練車的整體意識(shí)，學(xué)習(xí)阻力較大。針對(duì)以上問題，制作了一款可由手機(jī)藍(lán)牙軟件控制的駕考學(xué)習(xí)模型車，并結(jié)合科目二的考試內(nèi)容設(shè)計(jì)了駕考輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于K60單片機(jī)，結(jié)合安卓軟件開發(fā)工具和藍(lán)牙傳輸技術(shù)，以電動(dòng)小車代替學(xué)習(xí)用教練車，使用灰度傳感器進(jìn)行道路監(jiān)測(cè)，以微縮噴繪地圖模擬真實(shí)駕校場(chǎng)景。模型車可在藍(lán)牙軟件控制下，完成駕考學(xué)習(xí)中教練車的多種運(yùn)動(dòng)，便于學(xué)員全方位觀察車體的運(yùn)動(dòng)，快速了解科目二考試的具體內(nèi)容并掌握駕駛技術(shù)。

駕照考核；K60單片機(jī)；道路監(jiān)測(cè)；藍(lán)牙技術(shù)；遙控小車；安卓開發(fā)工具

1　引　言

當(dāng)前國內(nèi)駕校的教學(xué)模式存在很大局限性：由于教練車車體較大，不利于學(xué)員觀察整車的移動(dòng)方式，學(xué)習(xí)效率低下且增加油耗。在此，開發(fā)“駕考輔助系統(tǒng)”［1］，對(duì)提升教學(xué)效率，降低學(xué)習(xí)過程中的油耗意義重大。使用該輔助系統(tǒng)，可以提高教練教學(xué)效率，同時(shí)增強(qiáng)教學(xué)的趣味性。

2　駕考演示小車總體方案設(shè)計(jì)

模型車以K60單片機(jī)為核心，由車載藍(lán)牙模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、灰度傳感器模塊、電源及穩(wěn)壓模塊等組成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

3　硬件電路設(shè)計(jì)

3.1電源及穩(wěn)壓模塊

電源采用容量為2200mah的2S充電鋰電池（DC：7.4V），主電路采用78系列三端穩(wěn)壓IC實(shí)現(xiàn)降壓穩(wěn)壓功能。具體地，選用LM7805芯片為單片機(jī)、灰度傳感器模塊提供5V穩(wěn)壓供電，選用LM7806芯片為舵機(jī)提供6V穩(wěn)壓供電。藍(lán)牙模塊推薦供電電壓為3.3V，考慮到單片機(jī)自帶3.3V穩(wěn)壓輸出，可從單片機(jī)給藍(lán)牙模塊供電。78系列穩(wěn)壓模塊電路圖如圖2所示。

圖2　7805穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路圖

3.2單片機(jī)及灰度傳感器模塊

K60單片機(jī)運(yùn)算速度快，性能穩(wěn)定，且有較多的封裝函數(shù)方便調(diào)用，因此選用該款單片機(jī)作為主控芯片。實(shí)際選用的芯片型號(hào)為：MK60DN512ZVLQ10。

道路監(jiān)測(cè)采用RPR220灰度傳感器［2］，在萬用板上焊接完成4個(gè)灰度傳感器模塊，并分別安裝在小車的4個(gè)邊角位置。RPR220是一款封裝性較高的灰度傳感器，外部電路圖如圖3所示。

圖3　RPR220外部電路圖

3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及電機(jī)、舵機(jī)的選用

采用兩片BTN7970驅(qū)動(dòng)芯片，配合74LS244隔離芯片制作電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊［3］。BTN系列驅(qū)動(dòng)芯片，耐壓能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，許用電流大，穩(wěn)定性好，多用于制作較大功率低壓電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。相比之下，L298N驅(qū)動(dòng)芯片穩(wěn)定性差，電流小，只能用于電機(jī)取用功率較低的場(chǎng)合。BTN7970驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖如圖4所示。

圖4　BTN7970驅(qū)動(dòng)模塊電路圖

模型車不需要較高車速，因此電機(jī)的選用范圍比較寬泛。試選用DC6V，空載260r／min的直流減速電機(jī)，在驅(qū)動(dòng)模塊控制下可實(shí)現(xiàn)低速正反轉(zhuǎn)［4］，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。使用舵機(jī)帶動(dòng)前輪擺向臂轉(zhuǎn)動(dòng)，以此調(diào)控前輪朝向［5］。為保證前輪轉(zhuǎn)向快速有力，選用綜合性能較好的S3010舵機(jī)作為方向調(diào)控舵機(jī)。

3.4車載藍(lán)牙模塊

HC－06藍(lán)牙模塊價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單。該模塊通過串口與單片機(jī)連接［6］，默認(rèn)波特率為9600bps，短距離內(nèi)通信穩(wěn)定可靠。該模塊通電未連接時(shí)紅色指示燈閃爍，連接成功后紅色指示燈保持常亮。

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1藍(lán)牙控制軟件設(shè)計(jì)

藍(lán)牙控制軟件采用Eclipse軟件開發(fā)，使用JAVA語言編寫。通過編寫與單片機(jī)控制程序一致的指令協(xié)議，實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙與單片機(jī)的有效通信［7］。軟件操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行Andriod2.0及以上操作系統(tǒng)的手機(jī)均可安裝使用。軟件使用流程如圖5所示。

圖5　藍(lán)牙控制軟件流程圖

4.2單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)上電初始化后，將輪詢讀取串口接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)指令，控制小車完成一系列動(dòng)作［8］。單片機(jī)程序框圖如圖6所示。

5　實(shí)現(xiàn)

跟據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以vivo X7手機(jī)和K60單片機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)，選擇飛思卡爾智能車車體為機(jī)械平臺(tái)，通過編程測(cè)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。小車接收到指令后反應(yīng)迅速，灰度傳感器對(duì)道路的監(jiān)測(cè)靈敏準(zhǔn)確。藍(lán)牙控制軟件主界面如圖7，駕考小車實(shí)物如圖8，微縮駕校地圖如圖9。

圖6　單片機(jī)程序框圖

圖7　軟件主界面

圖8　駕考小車

圖9　微縮駕校地圖

6　結(jié)束語

采用藍(lán)牙技術(shù)對(duì)外部硬件進(jìn)行控制，這種控制模式是很有推廣價(jià)值的。智能手機(jī)取締傳統(tǒng)意義上的遙控器，是智能手機(jī)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。使用駕考小車輔助教學(xué)，能確實(shí)有效地提升學(xué)員的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)為駕校節(jié)省培訓(xùn)成本。這種使用較先進(jìn)技術(shù)改善當(dāng)前生產(chǎn)模式的方法，是順應(yīng)技術(shù)潮流的，必將成為生產(chǎn)力發(fā)展的重要推動(dòng)力。

［1］唐新蓬.汽車駕駛模擬裝置［J］.世界汽車，1998（4）：12－14.Tang Xin－Peng.Vehicle driving simulator［J］.World Auto，1998（4）：12－14.

［2］徐愛明.淺析單片機(jī)技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（21）：131－131.Xu Ai－Min.Single－chip computer technology application in sensor design is analysed［J］.China New Technologies and Progucts，2013（21）：131－131.

［3］曾國強(qiáng)，葛良全.機(jī)器人比賽中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2008（14）：236－238.Zeng Guo－qiang，Ge Liang－quan.Design of DC motor DriverinRoboticCompetition［J］.Microcomputer information，2008（14）：236－238.

［4］付麗，劉衛(wèi)國，伊強(qiáng).單片機(jī)控制的多路舵機(jī)用PWM波產(chǎn)生方法［J］.微特電機(jī)，2006，34（2）：28－29.Fu Li，Liu Wei－Guo，Yi Qiang.Single chip microcomputer control multi－way steering gear with PWM wave generation method［J］.Small＆SpecialElectrical Machines，2006，34（2）：28－29.

［5］廖先浩.智能小車彎道控制的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.重慶：重慶大學(xué)，2014.Liao Xian－h(huán)ao.Research and implementation of intelligent control of the car corners［D］.Chongqing：Chongqing University，2014.

［6］劉海文，石振華.藍(lán)牙技術(shù)及其系統(tǒng)原理［J］.電信技術(shù)，2000（9）：6－9.Liu Hai－wen，Shi Zhen－h(huán)ua.Bluetooth technology and system principle［J］.Telecommunications technology，2000（9）：6－9.

［7］范晨燦.基于藍(lán)牙4.0傳輸?shù)腁ndroid手機(jī)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)［D］.杭州：浙江大學(xué)，2013.Fan Chen－can.The Android mobile ecg monitoring system based on bluetooth 4.0 transmission［D］.Hangzhou：Zhejiang university，2013.

［8］郝建領(lǐng).無線遙控智能車控制系統(tǒng)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2007.Hao Jian－ling.Wireless remote control of intelligent vehicle control system［D］.Xi'an：Xian university of electronic science and technology，2007.

Auxiliary System of Driving Test Based on K60 Single－chip

Huang Honglin，Liu Shugang，Li Yuqian，Li Lei
（North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

In the process of learning driving skills，because they can＇t stand in the macroscopic angle to observe the movement of the car，the students are difficult to establish overall awareness of the driver－training car and hard to study well.To solve above problems，a driving learning model car，controlled by the mobile phone bluetooth software，is made and the auxiliary system of the driving test，combining with the subjects of the driving school，is designed based on K60 single－chip microcomputer，Android development tools and bluetooth transmission technology，by using the electric car instead of the driver－training car and gray sensor for road monitoring，and simulating the real driving conditions with the miniature painting map.Under the control of the bluetooth software，the model car can finish many kinds of the driver－training in order to has convenient for students watching the movement of the cars comprehensively，and make them quickly understand the test contents and master the driving skills.

Driver＇s license examination；K60 single－chip；Road monitoring；Bluetooth technology；Remote control car；Android development tools

10.3969／j.issn.1002－2279.2016.01.019

TP36

B

1002－2279（2016）01－0076－03

?華北電力大學(xué)大學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目（20142080）

黃虹霖（1994－），男，河南省方城市人，本科生，主研方向：機(jī)電一體化。

2015－04－28