基于藍牙的溫室物料運輸小車控制系統設計

梁 鑫，祝鎧甲，劉 利

(西北農林科技大學 機械與電子工程學院，陜西 楊凌 712100)

1 引言

目前，溫室物料轉移環節，主要依靠人力，勞動強度大，自動化程度低[1,2]。針對此問題，國內外普遍采用軌道式運輸車，然而大多數設施溫室空間狹小，布線困難[3]，且具有農業盲區，無法實現軌道的鋪設。本文提出一種基于藍牙的溫室物料運輸小車控制系統，利用藍牙這種可靠性強、功耗低、抗干擾能力強的無線傳輸技術，控制物料運輸小車的運動，達到方便靈活、省力高效的目的[4,5,6]。

2 系統整體設計

根據溫室物料運輸小車的目標功能，設計控制系統包括主機部分和從機部分[6,7]。主機部分包括手機APP以及藍牙模塊，從機部分包括單片機最小系統、從機藍牙模塊以及電機驅動模塊。物料運輸小車控制系統的設計示意如圖1所示。系統可通過APP界面控制，手機發送透傳信號，從機藍牙模塊接收信號并將數據發送至單片機，單片機系統進行數據處理后，發出信號控制電機驅動模塊，使小車實現前進、后退、左轉、右轉以及停止的功能。

3 電路設計

主控芯片選用STC89C52RC單片機，單片機最小系統包括上電復位開關和外部晶振。其中，P0連接上拉電阻，P1連接電機驅動模塊，P2和P3連接藍牙模塊。VCC和VSS引腳分別連接+5V和地。

以L298芯片為何核心，設計電機驅動模塊。其中，VS接驅動電壓，選用AMS11設計穩壓電路，其中，發光二極管D1顯示電源狀態，C1～C4進行穩壓濾波。二極管D2～D9作用為穩定控制PWM波的輸出電壓，精確控制電機轉速。電機驅動模塊電路如圖2所示。由于一個L298芯片可控制兩個電機驅動，故本文選用兩個L298模塊控制四輪小車，其N1～N4口均與單片機的P1口連接。

圖1 控制系統設計示意

選用CC2540設計藍牙模塊，其電路設計包括天線設計、外部電路設計以及單片機連接設計。參考TI的官方天線標準，結合目標功能，設計模塊的天線電路如圖3所示，天線接收端接地進行濾波，保證信號的穩定性。外部電路設計中相應引腳接地和電源，AVDD1～AVDD6口連接模擬電壓信號，選用LC電路進行穩壓濾波。

藍牙模塊的單片機連接設計，有兩種方案。方案一是用CC2540的GPIO口中P0.7、P0.6和P0.5分別與單片機的P2.7、P2.6和P2.5連接，用于傳輸數字信號，其中P0.7為使能控制位，控制小車的停動。方案二是利用UART串口的數據透傳功能，實現操作指令傳輸。CC2540的P0.2和P0.3，分別與單片機的P3.0和P3.1連接，作為UART串口的RX和TX，進行數據透傳。本設計中，上述兩種方法均可實現。

小車結構包括4個車輪，4個直流電機，小車車身底板以及單片機主控板、電機驅動模塊。主控板發送控制信號給電機驅動模塊，控制電機轉動，實現每個車輪

圖2 電機驅動模塊電路

圖3 天線設計電路

轉動，最終實現小車運動。小車基本運動功能實現的真值表，如表1所示。

表1 小車基本動作實現真值表

4 軟件設計

藍牙協議棧設計，包括串口程序設計、數據回調設計、數據透傳設計。藍牙模塊和單片機連接的兩種方案中，方案一的初始化函數，包括定義3個供小車運動信號傳輸的GPIO口，設置具體端口數據傳輸的方向，以及設置端口功能選擇為外設或GPIO口。當從機接收數據時，先將由鏈路層轉換的十六進制數轉化為char型，再調用包含數據處理程序的回調函數。方案二的主要環節，是實現藍牙的數據透傳功能。數據透傳包括主機透傳從機和從機透傳主機，因本文選用的主機為安裝APP的安卓手機，其自帶主機透傳從機協議，故這里將不再考慮，只需開發從機透傳主機協議。定義透傳初始化的數據串口頭文件，包括設置端口P0.2和P0.3為UART串口的RX和TX，以及設置波特率為單片機最佳串口波特率9600。定義進行數據透傳的串口寫入函數，包括具體設置串口位置、數據和長度。其中UART串口將數據轉換為十六進制進行傳輸。當從機接收串口數據時，調用回調函數，其作用與方案一相同。此外，利用數據透傳功能同樣可以實現方案一的設計。

APP程序設計選用Android系統為運行平臺，采用Windows7 64bit旗艦版為開發環境， eclipse為開發軟件，以及java為開發語言。APP主程序中包括藍牙調用函數，串口傳輸函數，回調函數，界面函數等子函數。實現功能為調用手機藍牙作為主機模塊，掃描從機模塊，建立連接，并通過模擬串口傳遞數據。程序設計流程如圖4所示。

單片機程序設計流程，如圖5所示，方案一和方案二的設計，均可通過該程序實現。串口初始化函數設置串口的比特率為9600，保證單片機與藍牙模塊串口保持良好通訊。藍牙傳輸程序初始化函數設置P1口全部為低電平，即電機初始狀態為靜止。當單片機接收到藍牙模塊傳輸的數據時，將數據存放于SBUF緩存中，RI自動置1，將緩存區的數據存于char型變量kumo中，用于主程序調用處理。若無數據傳輸，單片機繼續等待。

圖4 APP程序設計流程

圖5 單片機程序設計流程

本文設計的基于藍牙的溫室物料運輸小車控制系統，調試過程，如圖6所示，用戶界面包括動作按鈕，掃描從機按鈕，藍牙設備連接按鈕等命令開發按鈕。

圖6 基于藍牙的農業溫室物料轉移運動控制系統

5 結語

本文設計的基于藍牙的溫室物料運輸小車控制系統，可以通過手機APP和藍牙模塊，無線控制單片機，驅動電機運轉，最終達到無線控制小車運動方向的目的。系統操作簡單，靈活方便，使溫室物料運輸環節更加智能化，解放人力。但在實際調試中，單片機的反饋數據傳到主機手機上與預定數據有一定誤差，且系統的功能多樣性不足，這些缺點將在后續的研究中加以改進。