基于太陽能智能藍牙小車的設計

孔繁云川 王娜

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

關鍵詞：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 產品的整體設計

太陽能智能藍牙小車的整體結構由太陽能供電系統、MCU、電機驅動模塊、藍牙模塊、避障模塊、復位電路構成，如圖1所示。

手機與藍牙模塊互相配對并向單片機發送控制信號，使單片機控制左右兩臺直流減速電機的正反轉以實現小車的前進、后退、左轉、右轉、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據，并跳轉到相應的子程序來控制電機驅動，進而實現小車的前進、后退、左轉、右轉、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，向單片機發送信號，單片機通過分析信號來執行不同指令，通過L298N驅動模塊來控制電機是小車對障礙物進行規避，從而實現自動避障功能。

2 藍牙技術組成

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備間無線互聯。利用“藍牙”技術，能夠使得各個終端設備之間的連接更簡單，也能夠使終端設備與網絡之間的通信更快捷，使數據傳輸更高效，拓寬無線通信的道路。藍牙特點有：采用了分散式網絡結構、快跳頻和短包技術、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

藍牙技術利用了短距離、低成本的無線連接替代了傳統的電纜連接方式，從而為現存的數據網絡和小型外圍設備接口提供了統一的連接方式。以下介紹一些它具有的主要的技術性能及特點。

（1）射頻特性。

藍牙設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、應用更自由，也使得藍牙技術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設備之間的有效通訊距離大約為10～30 m比較短，現在最先進的藍牙4.0技術將這一范圍拓展到了100 m以上，這一跨越使得。

（2）TDMA結構。

藍牙數據的傳輸速率是1 Mb/s，采取數據短包的方式按時隙傳送，每時隙0.625μs。

（3）使用跳頻技術。

跳頻是藍牙的關鍵技術之一。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。這樣高的調頻速率，使得藍牙系統擁有相當高的抗干擾性能，且硬件設備簡單、性能優越。

（4）藍牙設備的組網。

藍牙的組網有點對點、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備都是平等的，并且遵循統一的工作方式。

（5）軟件的層次結構。

藍牙的通訊協議采用多層次式結構。其底層是各種應用都可以使用的，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接收從手機端發送過來的指令，所以我們需要的是從機模塊。

在該次設計中我們只需實現簡單的通信，因此選用HC-06模塊。

3 硬件電路的設計

3.1 紅外線避障模塊

紅外線避障模塊對環境光線有著較強的適應能力，它具有一對紅外線發射與接收管，發射管會發射紅外線，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，經過比較器電路處理之后，紅色指示燈會發光，同時信號輸出接口輸出數字信號。

該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、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光，同時OUT端口持續輸出低電平信號，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節，順時針調電位器，檢測距離增加；逆時針調電位器，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節，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：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。

發送：AT（返回OK，一秒左右發一次） 返回：OK

（2）修改藍牙串口波特率。

發送：AT+BAUD1 返回：OK1200 發送：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。

發送：AT+NAMEname

返回：OKname

參數name：所要設置的當前名稱（20個字符以內）。例：發送AT+NAMEbill_gates

返回OKname

這時藍牙名稱改為bill_gates，參數可以掉電保存，只需修改一次。

（4）改藍牙配對密碼。

發送：AT+PINxxxx

返回：OKsetpin

參數xxxx：所要設置的配對密碼，4個字節，此命令可用于從機或主機。例：發送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

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

4 軟件設計

該次設計應用C語言編程序。此次設計所選用的單片機是STC89C52RC單片機，其C語言語法和結構和標準C語言基本相同，只是有了相應的擴充，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，以及功能強大的集成開發調試軟件。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地址沖突的現象。這個問題困擾了很長一段時間，通過查資料發現若是Keil uVision2軟件沒有注冊的話使用時當程序過大就會出現地址沖突現象。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，程序流程圖，如圖3所示，基于Android SDK和JAVA開發環境，主要通過手機藍牙通訊方式，對驅動電機進行控制。開發完成后用Android的模擬器即可進行程序的調試，當調試成功之后，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和向右轉。右邊的數字鍵可以用來修改藍牙的密碼。點擊藍牙連接后會出現如圖5的界面。

在圖5中的LH1234就是我的藍牙模塊，可以看到其已經實現了藍牙的配對。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的驅動能力不足以驅動電機，因此選擇L298N電機驅動模塊來實現電機的驅動。單片機通過I/O口的數據來改變L298N驅動的信號輸入端的數據，進而可以對電機實現正轉、反轉、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系。

L298N電機驅動模塊性能特點：

（1）可實現電機正反轉及調速。

（2）啟動性能好，啟動轉矩大。

（3）工作電壓可達到36 V，4 A。

（4）可同時驅動兩臺直流電機。

（5）適合應用于機器人設計及智能小車的設計。

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

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=0；

OUT4=0；}

void STR（void） //右大轉

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=0；

OUT4=1；}

void TL（void） //左轉

{ OUT1=0；

OUT2=0；

OUT3=1；

OUT4=0；}

void STL（void） //左大轉

{ OUT1=0；

OUT2=1；

OUT3=1；

OUT4=0；}

5 結論

該文利用太陽能提供電源，采用穩壓電路，使得小車的控制電路及驅動電路平穩運行。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，該文的設計方案可靠性較高，運行穩定，達到了設計要求。

參考文獻

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