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

基于安卓手機藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計

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

基于智能手機平臺，借助藍(lán)牙通信技術(shù)設(shè)計一款智能小車。設(shè)計中將藍(lán)牙、單片機技術(shù)和智能移動終端平臺結(jié)合，設(shè)計小車通過藍(lán)牙實現(xiàn)對小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、 倒車等功能的控制。實驗測試表明，設(shè)計實現(xiàn)手機藍(lán)牙控制小車的智能行駛，這為車載電子的無線通信設(shè)計提供了一種新的設(shè)計方法，也為汽車無線遠(yuǎn)程控制的設(shè)計提供一定的參考價值。

藍(lán)牙通信；移動智能終端；汽車電子

引言

智能小車的設(shè)計的思路是基于以下幾個方面：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)對整個車的影響非常大； 其次， 汽車車載藍(lán)牙技術(shù)得到普及，同時智能手機逐漸普及，移動智能終端設(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)基于智能手機的全景泊車系統(tǒng)、胎壓檢測系統(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，可實時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)計方案

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

（1）可通過手機操作界面實現(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)小車運動至超出藍(lán)牙控制范圍時，小車自動停止運動；

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

2. 硬件設(shè)計

■2.1 單片機最小系統(tǒng)及外圍電路

圖 1 總體方案設(shè)計圖

在設(shè)計中采用智能手機，通過藍(lán)牙WE-40C模塊傳輸給單片機，因此對單片機數(shù)據(jù)處理的要求不高，設(shè)計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，但速度快。最小系統(tǒng)設(shè)計中為實現(xiàn)時鐘及波特率的精確控制采用11.0592MHz晶振，單片機RXD、TXD分別連接WE-40C藍(lán)牙串口的TXD、RXD引腳。P2口與電機驅(qū)動模塊L293D的INT0、INT1、INT3、INT4引腳連接，實現(xiàn)單片機對電機驅(qū)動模塊的控制。

■2.2 電源模塊

在硬件電路中需要供電的電路包括：單片機、電機驅(qū)動模塊、藍(lán)牙模塊。設(shè)計中電源采用7.2V的可充電鋰電池。在設(shè)計中各模塊都采用5V電源，但由于電機驅(qū)動電流大，因此在設(shè)計過程中對驅(qū)動模塊L293D模塊采用LM2576單獨供電。其余單片機模塊及藍(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)測試在用此種供電方式下，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機工作良好。

■2.3 驅(qū)動模塊

本設(shè)計中驅(qū)動模塊采用L293D芯片，L293是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機驅(qū)動芯片。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)動感性負(fù)載，可以控制電機的正反轉(zhuǎn)。用單片機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)整電機轉(zhuǎn)速，驅(qū)動模塊電路如圖2所示。

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

■2.4 藍(lán)牙模塊

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

3 .軟件設(shè)計

■3.1 單片機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖2 L293D電機驅(qū)動電路圖

圖3 單片機軟件設(shè)計流程圖

單片機軟件設(shè)計流程圖如3所示，在單片機初始化中主要完成個端口的初始化、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)動模塊采用P2口數(shù)據(jù)實現(xiàn)電機驅(qū)動使小車完成指定動作。

■3.2 上位機軟件設(shè)計

Android是基于Linux2.6系統(tǒng)為核心的開源手機操作系統(tǒng)，允許第三方軟件。因此在設(shè)計過程中采用安卓手機作為上位機，設(shè)計中考慮方便操作，上位機界面設(shè)計簡潔，小車主要動作由上位機上按鈕觸，在手機界面上設(shè)置5個按鈕，用于控制小車運動狀態(tài)。藍(lán)牙進(jìn)行通信，過程中需要完成4個步驟：藍(lán)牙設(shè)置、藍(lán)牙配對、藍(lán)牙連接和數(shù)據(jù)傳輸[4]。

圖4 小車俯視圖

4.系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

■4.1 小車整體外觀

智能小車整體實物圖如圖 4 所示。小車有上位機和下位機兩部分組成，小車控制器部分主要包括單片機控制模塊、直流電機驅(qū)動控制、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現(xiàn)功能包含：可采用Android手機客戶端操作界面按鈕，實現(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，小車能夠自動停止運動，避免小車失控[5]。主要調(diào)試內(nèi)容如下：

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

（2）小車運動測試。當(dāng)小車收到安卓手機發(fā)送的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停止等指令后， 單片機能夠?qū)崿F(xiàn)控制四個直流電機做相應(yīng)的 “動作”。

5.結(jié)語

設(shè)計基于Android操作系統(tǒng)，論述整個小車軟硬件設(shè)計過程，通過測試設(shè)計智能小車可通過安卓手機實現(xiàn)小車運動的實時控制。本次設(shè)計中小車還可進(jìn)一步完善，實現(xiàn)電機調(diào)速、攝像功能等。本設(shè)計的意義在于將單片機技術(shù)，藍(lán)牙通信技術(shù)和智能終端設(shè)備有效的結(jié)合，運用車聯(lián)網(wǎng)概念，為車載電子的無線通信設(shè)計提供了一定的參考價值。

＊ [1]林志翔，肖寶森.新型多功能智能小車的設(shè)計與應(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.基于安卓手機藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計[J].機電技術(shù)，2016，04：28—30

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

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

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