基于安卓手機藍牙控制的智能小車設計

作者/王海、何仕騫，綿陽職業技術學院 信息工程系

基于安卓手機藍牙控制的智能小車設計

作者/王海、何仕騫，綿陽職業技術學院 信息工程系

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

藍牙通信；移動智能終端；汽車電子

引言

智能小車的設計的思路是基于以下幾個方面：隨著汽車電子技術的發展，汽車配備的電子設備越來越多，使得車載電子系統對整個車的影響非常大； 其次， 汽車車載藍牙技術得到普及，同時智能手機逐漸普及，移動智能終端設備給人們的生活帶來極大的便利。因此目前國內、外很多汽車整車廠、汽車電子公司都致力于開發基于智能手機的全景泊車系統、胎壓檢測系統、藍牙OBD等汽車電子系統，通過車載藍牙連接智能終端，可實時讓駕駛員了解車身周圍的信息，監控汽車的行駛狀態、查詢汽車的故障信息，通過無線網絡連接給汽車駕駛員日常駕駛和日常維護帶來了很大的便利［1］。

1. 總體設計方案

本設計的研究內容包括小車的制作、控制系統的軟件和硬件設計、藍牙通信協議調試，安卓手機 APP設計[2]，總體設計框圖如圖1所示。本次設計小車主要實現功能包括：

（1）可通過手機操作界面實現小車的前進、后退、右轉彎、左轉彎、倒車等功能；

（2）設置當小車運動至超出藍牙控制范圍時，小車自動停止運動；

（3）設置當小車前方有障礙物時右轉向，實現小車避障功能。

2. 硬件設計

■2.1 單片機最小系統及外圍電路

圖 1 總體方案設計圖

在設計中采用智能手機，通過藍牙WE-40C模塊傳輸給單片機，因此對單片機數據處理的要求不高，設計中采用宏晶科技生產的STC12C5A60S2芯片，該芯片指令兼容8051單片機，但速度快。最小系統設計中為實現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藍牙串口的TXD、RXD引腳。P2口與電機驅動模塊L293D的INT0、INT1、INT3、INT4引腳連接，實現單片機對電機驅動模塊的控制。

■2.2 電源模塊

在硬件電路中需要供電的電路包括：單片機、電機驅動模塊、藍牙模塊。設計中電源采用7.2V的可充電鋰電池。在設計中各模塊都采用5V電源，但由于電機驅動電流大，因此在設計過程中對驅動模塊L293D模塊采用LM2576單獨供電。其余單片機模塊及藍牙模塊利用AMS1117將電池的7.2V電壓轉換為5V電壓供電。經測試在用此種供電方式下，單片機和傳感器工作穩定，直流電機工作良好。

■2.3 驅動模塊

本設計中驅動模塊采用L293D芯片，L293是ST公司生產的一種高電壓、小電流電機驅動芯片。該芯片采用16腳封裝，內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，可以驅動感性負載，可以控制電機的正反轉。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電機轉速，驅動模塊電路如圖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～IN4輸入端的狀態來改變電機的轉向。

■2.4 藍牙模塊

在本設計中采用WE-40C藍牙模塊，設置一個為主機，另一個為從機。在電路中應用到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。通過藍牙模塊主要是為了實現上位機與下位機的無線通訊功能，本質上使用的是單片機串口通信。當藍牙模塊上電后紅色指示燈閃爍，與另一藍牙模快時，藍色指示燈常亮，便于在設計過程中判斷藍牙模塊是否連接正常。

3 .軟件設計

■3.1 單片機控制系統軟件設計

圖2 L293D電機驅動電路圖

圖3 單片機軟件設計流程圖

單片機軟件設計流程圖如3所示，在單片機初始化中主要完成個端口的初始化、并根據藍牙模塊傳輸波特率設置串口波特率初值，之后程序不斷判斷藍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據，當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，驅動模塊采用P2口數據實現電機驅動使小車完成指定動作。

■3.2 上位機軟件設計

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

圖4 小車俯視圖

4.系統測試與結果分析

■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、直流電機驅動控制、紅外防撞模塊、藍牙通信模塊及電源模塊電等。

■4.2 系統整體調試

藍牙控制智能小車可實現功能包含：可采用Android手機客戶端操作界面按鈕，實現小車的前進、后退、右轉彎、左轉彎、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小車防撞功能； 當小車在行走過程中在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動，避免小車失控[5]。主要調試內容如下：

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

（2）小車運動測試。當小車收到安卓手機發送的前進、后退、轉彎、停止等指令后， 單片機能夠實現控制四個直流電機做相應的 “動作”。

5.結語

設計基于Android操作系統，論述整個小車軟硬件設計過程，通過測試設計智能小車可通過安卓手機實現小車運動的實時控制。本次設計中小車還可進一步完善，實現電機調速、攝像功能等。本設計的意義在于將單片機技術，藍牙通信技術和智能終端設備有效的結合，運用車聯網概念，為車載電子的無線通信設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計與應用［J］.現代電子技術， 2011， 34 （6）： 134 136

＊ [2]張偉辰，劉國猛，陳德為.基于安卓手機藍牙控制的智能小車設計[J].機電技術，2016，04：28—30

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

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

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