手機藍牙模塊控制智能循跡小車探究

【摘 要】使用模塊化設計，通過實驗模塊包括STC12C5A60單片機系統、直流電機與基于L298N的驅動電路、藍牙模塊、紅外探測模塊，實現小車智能循跡功能，用藍牙手機模塊控制小車。利用windows Phone手機控制軟件的編程設計實驗，使學生的電路設計與軟件開發能力得到充分鍛煉。

【關鍵詞】手機 藍牙 智能循跡 小車 單片機

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）01B-0107-04

一、實驗目的

通過單片機原理與應用課程設計學習，使學生掌握單片機及其擴展系統設計的方法和設計原則以及相應的硬件調試的方法，進一步加深對單片機及其擴展系統設計和應用的理解。

二、設計任務與要求

STC12C5A60單片機通過電機驅動模塊來控制電機正反轉，從而驅動小車運動。由單片機通過異步串口與藍牙模塊的串口連接，藍牙模塊作為服務端與手機端的藍牙客戶端連接，從而實現手機與單片機二者之間的通信（實際上是串口通信）。手機端程序通過發送特定指令給串口API，經過藍牙端口轉發到單片機的串口后實現控制小車前進、后退、轉彎功能。另外，智能小車上的紅外探測模塊可以識別地上的軌跡使其進行自動巡航行駛。

三、電路設計

（一）單片機控制電路

單片機是智能小車的核心，相當于人的大腦，控制小車所有運動狀態。單片機控制模塊使用的是STC12C5A60，使用該芯片很容易實現對其他模塊的控制。單片機最小系統包括單片機主機、復位電路、時鐘電路。單片機空余的IO口可用插座引出，作為各種實驗的預留接口。

（二）軟件升級接口

STC公司的ISP下載工具stc-isp-v4.80-setup.exe通過串口可以很方便地在線寫入程序，不需要將單片機從電路板上拆下，放到編程器上進行燒寫。大大地減少了每次修改程序的工作量。由于目前很多計算機已經取消了串口，因而采用PL2303芯片來實現USB轉串口的功能，這樣就可以在大多數計算機上實現通過USB口進行在線升級程序。

（三）電機驅動系統

目前比較方便的小車驅動方案有兩種：直流電機和步進電機。

方案一：直流電機。直流電機具有比較好的調速性能，控制起來比較簡單。控制方式為在電機兩端輸入恒定的電流電機就可以持續轉動，如果將正負極性對調就可以使電機反轉，調節驅動電壓的大小就可以改變電機的轉速。要實現調整驅動電壓大小只要使用PWM（脈沖寬度調制）的方式即可實現。此方法性能好且電路簡單。

方案二：步進電機。步進電機主要特點是具備了極佳的控制精度。步進電機的工作原理是在輸入端檢測到一個正脈沖信號時，步進電機就正向轉動一固定角度，如果檢測到一個負脈沖就反向轉動一個固定角度，這個轉動的角度就決定了電機的精度值。輸入脈沖的頻率決定了轉速的大小，因此其轉速不受電壓波動和負載變化的影響。因此，步進電機的驅動比較復雜，要由控制器和功率放大器組成，更適合需要精確定位的場合使用。

由以上分析可以看出，步進電機和直流電機都有各自的優點。步進電機能進行精確的位置控制，但驅動電路復雜，鑒于本設計中小車的位置控制不要求十分精確，因此直流電機即可滿足控制小車的要求。

直流電機驅動電路十分簡單，本實驗采用L298N 驅動模塊，可以直接驅動兩路3-16V 直流電機，并提供了5V 輸出接口（輸入最低只要6V），給5V 單片機電路系統供電（低紋波系數），支持3.3V MCU ARM 控制，可以方便地控制直流電機的速度和方向，也可以控制2 相步進電機，5 線4 相步進電機。

（四）紅外探測電路

TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設計的一款紅外反射式光電開關。傳感器由高發射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經施密特電路整形，穩定可靠。

下面來分析一下該電路是如何進行循跡的：

1.沒有檢測到黑線，則H4發光到白紙光反射到H4接收端，H4接收端導通，導通則T1接地=0。LM324的2腳比較器反向端T1=0V，3腳比較器同向端=3V，同向端大于反向端則OUT1輸出1。

2.有檢測到黑線，則H4發光到黑線光全部被吸收，H4接收端，沒有收到任何信號，因為H4不導通（截止），則T1=VCC。LM324的2腳比較器反向端T1=5V，3腳比較器同向端=3V，反向端大于同向端則OUT1輸出0。

OUT2的輸出狀態與OUT1類似，主要是根據T2端的電壓進入比較器比較后的結果。

將OUT1和OUT2分別接到單片機的P0.1和P0.2管腳上，輸入到單片機進行檢測。

（五）藍牙模塊

HC07是新一代無線藍牙數傳模塊，能夠透明傳輸任何大小的數據，而用戶無須編寫復雜的設置與傳輸程序。同時具小體積，寬電壓。模塊外部接口采用透明數據傳輸方式，能適應標準或非標準的用戶協議，所收的數據就是所發的數據。同時，藍牙從機設備能與藍牙適配器匹配，PDA與帶藍牙的手機串通信非常方便。

藍牙有主機從機之分，區別如下：

1.主機模塊只能配對HC07的從機模塊，主機模塊之間不能配對連接，主機模塊也不能跟帶藍牙的電腦或者手機等其他藍牙設備配對。

2.從機模塊可以跟帶藍牙的電腦或者部分帶藍牙的手機配對使用，從機模塊之間不能連接。

五、總結

這次實驗學生通過實際操作，了解了硬件電路的設計到實現的過程，充分鍛煉了學生的動手能力。在編寫軟件的過程中可以了解到軟件是如何利用傳感器等硬件獲取數據，智能地去分析并處理信息，然后自動控制小車去沿著指定的路線行進，讓學生初步了解了人工智能的一些基本原理和知識。通過智能手機藍牙技術來控制小車相比以往的遙控器控制顯得更新穎，可以吸引學生的注意力，提高學生主動學習的積極性。該實驗還有不少有待改進和提高的地方，例如對智能手機的應用以后還可以采用安卓系統來開發手機端控制軟件，另外可以利用手機的重力感應器等方式來控制小車。

【作者簡介】潘雪玲（1980- ），女，廣西柳州人，柳州市交通學校講師，研究方向：機電一體化。

（責編 江月陽）