手機(jī)APP藍(lán)牙智能車(chē)的設(shè)計(jì)

黃恒一 丁佳樂(lè) 黎順 康郢芮 付三麗

摘 要：文中在充分研究物聯(lián)網(wǎng)和人工智能領(lǐng)域最新熱點(diǎn)技術(shù)的前提下，提出并設(shè)計(jì)了一款智能無(wú)線(xiàn)監(jiān)控小車(chē)機(jī)器人。智能車(chē)使用者通過(guò)Android智能手機(jī)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)通信媒介實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地對(duì)智能車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和控制，智能車(chē)上搭載的安卓智能機(jī)攝像頭可將智能車(chē)前方的圖像信息實(shí)時(shí)反饋到用戶(hù)的電腦服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)智能車(chē)的手機(jī)遠(yuǎn)程控制及運(yùn)動(dòng)視野范圍內(nèi)圖像信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋。

關(guān)鍵詞：人工智能;APP;運(yùn)動(dòng)指令;無(wú)線(xiàn)監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）01-00-03

0 引 言

現(xiàn)代的無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)技術(shù)起源于美國(guó)。由于戰(zhàn)事的需求、人工智能的面世及芯片半導(dǎo)體技術(shù)的量化級(jí)進(jìn)步，軍事領(lǐng)域尤其需要各種不同于人類(lèi)直接操作的機(jī)器人，用于排雷、布雷、收集情報(bào)等。隨著技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)已成為人人必備的工具，很多家居用品可通過(guò)手機(jī)互聯(lián)。如果能將當(dāng)下成熟的智能手機(jī)技術(shù)及人工智能領(lǐng)域方面的技術(shù)結(jié)合用于智能小車(chē)的開(kāi)發(fā)，就可避免傳統(tǒng)專(zhuān)用智能車(chē)在開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)無(wú)線(xiàn)收發(fā)遙控面板的過(guò)度依賴(lài)。本文在當(dāng)下人工智能機(jī)器人研究背景下，提出并設(shè)計(jì)了一款可遠(yuǎn)程監(jiān)控的由智能手機(jī)控制的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控小車(chē)機(jī)器人[1]。

1 原 理

本文設(shè)計(jì)的智能小車(chē)借鑒了人工智能等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)，智能機(jī)可通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙通信方式控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式監(jiān)控智能車(chē)運(yùn)動(dòng)范圍附近的圖像信息[2]。

2 設(shè)計(jì)流程

2.1 智能小車(chē)設(shè)計(jì)流程圖

智能手機(jī)端APP發(fā)送小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指令，通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙方式發(fā)送到小車(chē)藍(lán)牙接收端，智能車(chē)控制芯片解碼，通過(guò)小車(chē)上藍(lán)牙服務(wù)端接收到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指令調(diào)用相關(guān)控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的子程序，結(jié)合L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)小車(chē)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)與用戶(hù)的簡(jiǎn)易人機(jī)互動(dòng)[3-4]。智能小車(chē)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2.2 智能車(chē)的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的智能車(chē)動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)由6節(jié)1.5 V干電池組成。其中，智能小車(chē)控制芯片、小車(chē)藍(lán)牙指令接收芯片及小車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N所需電壓為5 V，智能小車(chē)電機(jī)所需電壓為9 V。因此，本文電力供應(yīng)系統(tǒng)需7805三端穩(wěn)壓模塊，將電源9 V動(dòng)力電壓轉(zhuǎn)換至5 V供系統(tǒng)單片機(jī)、藍(lán)牙和L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使用[5]。智能車(chē)的電力供應(yīng)系統(tǒng)如圖3所示。

2.3 智能車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)原理如圖4所示。其中，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間分別接兩個(gè)電機(jī);IN1，IN2，IN3，IN4引腳從單片機(jī)輸入控制電平，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn);ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。

2.4 智能小車(chē)藍(lán)牙通信模塊

本文智能車(chē)藍(lán)牙通信系統(tǒng)包含如下兩部分：

（1）手機(jī)藍(lán)牙端用來(lái)對(duì)智能車(chē)藍(lán)牙接收端發(fā)送A，B，C，D，F(xiàn)等5條指令，這5條指令分別代表控制小車(chē)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止;

（2）主程序主要是在單片機(jī)的控制下，對(duì)藍(lán)牙模塊輸入的信息進(jìn)行存儲(chǔ)分析，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的目的。

單片機(jī)定時(shí)讀取藍(lán)牙模塊的串口數(shù)據(jù)，若串口數(shù)據(jù)被讀出，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[7]。

2.5 智能小車(chē)APP手機(jī)藍(lán)牙客戶(hù)端的設(shè)計(jì)

智能小車(chē)手機(jī)藍(lán)牙端APP基于MIT APP Inventor軟件第三方開(kāi)發(fā)平臺(tái)而設(shè)計(jì)。MIT APP Inventor軟件適合于沒(méi)有計(jì)算機(jī)APP專(zhuān)業(yè)知識(shí)的用戶(hù)，基于此平臺(tái)可進(jìn)行人工智能機(jī)器人手機(jī)控制端APP項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。因此本文選擇MIT APP Inventor開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)安卓APP，在一定程度上簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)者的工作量與APP開(kāi)發(fā)的難度。小車(chē)APP開(kāi)發(fā)界面如圖5所示。小車(chē)APP控制界面如圖6所示。

2.6 智能小車(chē)無(wú)線(xiàn)視頻傳輸模塊

智能車(chē)無(wú)線(xiàn)圖像實(shí)時(shí)采集和反饋的基本過(guò)程：智能車(chē)上搭載的安卓智能手機(jī)攝像頭作為客戶(hù)端，將采集到的每一幀圖像數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)WiFi方式發(fā)送出去，PC作為服務(wù)端，通過(guò)Java語(yǔ)言編寫(xiě)的智能車(chē)圖像反饋接收端接收并顯示每一幀圖像信息，實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)運(yùn)動(dòng)視野范圍內(nèi)信息的高清及時(shí)采集與傳輸。智能車(chē)輛圖像的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸實(shí)物如圖8所示。

2.7 智能小車(chē)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

在本文智能車(chē)的設(shè)計(jì)中，摒棄了傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器和遙控面板，經(jīng)過(guò)多年使用，需要加強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾功能;智能車(chē)的無(wú)線(xiàn)控制終端采用Android智能機(jī)APP藍(lán)牙控制;圖像采集模塊基于安卓智能機(jī)的攝像頭，實(shí)現(xiàn)圖像的高清采集，比傳統(tǒng)的智能車(chē)攝像頭采集的圖像更加清晰[9]。

2.7.1 智能小車(chē)優(yōu)勢(shì)

本文設(shè)計(jì)的智能小車(chē)能以手機(jī)控制平臺(tái)、藍(lán)牙通信模塊、單片機(jī)控制模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等硬件模塊，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)、后退、前左轉(zhuǎn)彎、前右轉(zhuǎn)彎、后左轉(zhuǎn)彎、后右轉(zhuǎn)彎等功能，且功能容易實(shí)現(xiàn)并能激發(fā)開(kāi)發(fā)者的興趣。目前市場(chǎng)上流行的嵌入式操作系統(tǒng)研發(fā)的智能小車(chē)開(kāi)發(fā)難度大，且二次開(kāi)發(fā)入手難，很難滿(mǎn)足普通科研用戶(hù)的需求，一般只用于企業(yè)量化研發(fā)[10]。本文智能小車(chē)搭載安卓智能機(jī)攝像頭，圖像更清晰，且圖像傳輸模塊開(kāi)發(fā)難度較低，二次開(kāi)發(fā)拓展價(jià)值大。

2.7.2 智能小車(chē)反電勢(shì)技術(shù)難點(diǎn)

智能小車(chē)在研發(fā)調(diào)試過(guò)程中，電機(jī)線(xiàn)圈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩邊會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)，對(duì)智能車(chē)L298N形成沖擊，易造成損壞，特別當(dāng)反電勢(shì)大于電源電壓或負(fù)電壓時(shí)更易損壞L298N，所以在每根線(xiàn)上都加有2個(gè)二極管（一般采用1N4007）進(jìn)行保護(hù)。IN4007導(dǎo)通電壓為0.7 V，能把倒灌回來(lái)的電壓鉗制在-0.7～0.7 V之間。小車(chē)電機(jī)反電勢(shì)解決措施如圖9所示。

2.7.3 智能小車(chē)未來(lái)擬研究點(diǎn)

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能車(chē)以STC89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)藍(lán)牙通信控制APP和單片機(jī)，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)正負(fù)旋轉(zhuǎn)，繼而實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制及運(yùn)動(dòng)視野范圍內(nèi)圖像信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋。該智能車(chē)融合了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居產(chǎn)品的熱門(mén)技術(shù)，具有較好的學(xué)習(xí)和科研價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]寧慧慧，余紅英.基于紅外光電傳感器的智能車(chē)兩輪差速轉(zhuǎn)向模糊控制[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（1）：10-11.

[2]祝愿博，劉振興，康曉晶，等.基于模糊控制的路徑識(shí)別智能小車(chē)設(shè)計(jì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（5）：22-23.

[3]程志江，李劍波.基于遺傳算法的智能小車(chē)模糊控制系統(tǒng)的研發(fā)[J].自動(dòng)化儀表，2009（8）：4-7.

[4]譚永宏，張輝.智能尋跡小車(chē)的研究與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008（8）：33-34.

[5]張立英.汽車(chē)行駛安全性新措施的探究[J].科技致富向?qū)В?012（21）：70-71.

[6]侯新琦，李佳.基于Android藍(lán)牙通訊的研究[J].電子世界，2012（11）：5-6.

[7]張毅，熊鵬，李琳，等.ZigBee/藍(lán)牙技術(shù)的互補(bǔ)性網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].廣東通信技術(shù)，2012（1）：12-13.

[8]宋健，王偉瑋，李亮，等.汽車(chē)安全技術(shù)的研究現(xiàn)狀和展望[J].汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2010（2）：24-25.

[9]永井正夫.基于先進(jìn)控制技術(shù)的車(chē)輛主動(dòng)安全領(lǐng)域研究展望[J].汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2010（1）：100-101.

[10]杜剛，劉建一.基于ARM的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].福建電腦，2009（3）：14-15.