基于藍牙控制技術的智能小車控制系統設計

溫芮，陳錦鴻，王麗

(華南理工大學廣州學院，廣東廣州 510800)

0 引言

藍牙作為一種無線技術標準，可實現固定設備、移動設備間的短距離數據交換。當今汽車車載藍牙應用范圍越來越廣，移動智能手機也給人類的生活帶來了便利。設計基于藍牙控制技術的智能小車控制系統，可為車載藍牙與手機相結合的設計提供新的設計思維與方法，也為汽車無線遠程控制的設計提供參考。

1 總體設計方案

此設計以安卓手機作為控制端，以STC89C52單片機為藍牙信號接收控制核心。首先需要在安卓手機端安裝藍牙APP，利用APP作為平臺發送藍牙數據，智能小車端的藍牙模塊把接收的數據通過單片機串口把數據傳給STC89C52單片機，單片機處理判斷后作出反應，如此實現對智能小車的藍牙控制。智能小車主要實現以下功能：

(1)具有智能循跡，在簡單環境中實現自動避障功能；

(2)具有手機APP藍牙控制功能的智能小車，可通過手機操作界面實現小車的前進、后退、右轉彎、左轉彎等功能。

智能小車控制系統總體設計框圖如圖1所示。

主要工作原理為：裝有藍牙APP的安卓手機將控制命令發送給智能小車藍牙模塊，藍牙模塊把信號傳輸給單片機進行處理，單片根據傳遞過來的指令運行不同的子程序，控制電機驅動，實現對小車前進、后退、右轉、左轉、停止的實時控制。

圖1 總體設計框圖

2 智能小車模塊設計

2.1 微處理器 STC89C52

設計的控制系統采用STC89C52芯片，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，結構簡單便于輸入與輸出，共有40個引腳，與STC89C51相比多了一個中斷源和定時計數器。該單片機具有讀取和采集小車數據的功能, 根據采集的信號進行控制并針對小車的轉速、轉向和障礙進行避障等控制。設計中，驅動模塊運用了P1.2-P1.7串口；超聲波模塊運用了P2.0、P2.1串口；避障與循跡模塊運用了P3.2、P3.3、P3.4、P3.5串口；藍牙模塊運用了P3.0、P3.1串口，具體如圖2所示。

圖2 開發板原理

2.2 電源模塊

設計中采用2節3.7 V可充鋰電池直接供電，由于小車各模塊需要5 V的恒壓電源供電，通過LM7805降壓IC把電池降壓輸出5 V；而電機驅動電流較大，在設計過程中由驅動模塊L293D驅動芯片電池直接供電，可用PWM調整電機轉速。

2.3 驅動模塊

設計中采用L293D驅動芯片，它是一款雙橋驅動芯片，可同時驅動兩路直流電機或一路步進電機，輸出電流可達600 mA，峰值輸出電流可達1.2 A，內部自帶ESD保護，模塊工作電壓5 V，電機的驅動電壓范圍為4.5～36 V，接線柱輸出，方便連接電機。小車通過開發板輸出控制信號給L293D，由L293D驅動左右兩個減速馬達正轉或反轉來實現小車的前進、后退、左轉、右轉的實時動作。驅動模塊原理如圖3所示。

圖3 驅動模塊原理

2.4 避障模塊

設計中采用超聲波避障和紅外避障傳感器共同完成避障。采用前置超聲波探頭可以測0.2～5 m范圍內是否存在障礙物，超聲波發射超聲波，如果遇到障礙物，超聲波反射回來，發射波被超聲波回收裝置接收后會產生一個電信號然后被轉化為高、低電平信號反饋給單片機，高電平則說明遇到了障礙物，根據反饋信號自動完成避障。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離s，即：s=340t/2 。超聲波原理圖如圖4所示。

圖4 超聲波原理

紅外避障傳感器具有一對紅外信號發射與接收二極管，發射管發射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當傳感器的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經過運算放大器的反向放大，信號輸出由默認的高電平變為低電平。發光二極管產生了電壓差，所以信號指示燈亮，認定前方有障礙，同時信號輸出給單片機，單片機根據電平的變化控制電機工作實現避障。紅外接收原理圖如圖5所示。

圖5 紅外接收原理

2.5 循跡模塊

此設計采用紅外循跡傳感器，當檢測到障礙物時，立即避開行駛。黑線的檢測原理是紅外發射管發射光線到路面，紅外光遇到白底則被反射，接收管接收到反射光，經施密特觸發器整形后輸出低電平；當紅外光遇到黑線時則被吸收，接收管沒有接收到反射光，經施密特觸發器整形后輸出高電平。產生的信號輸出給單片機，單片機根據電平的變化控制電機工作實現避障。紅外避障與循跡反饋模塊原理如圖6所示。

圖6 紅外避障與循跡反饋模塊原理

2.6 藍牙模塊

此設計采用HC-06從機藍牙模塊，引出接口為VCC、GND、TXD、RXD、預留LED狀態輸出腳，單片機可以通過該腳判斷藍牙是否已經連接，LED閃爍表示沒有藍牙連接，常亮表示藍牙已經連接并打開了端口。藍牙模塊TXD和RXD先不接，把小車端程序燒寫進開發板后再接線，藍牙的TXD接開發板P3.0，藍牙RXD接開發板P3.1。通過手機的藍牙來控制小車的運動，先在安卓手機上安裝藍牙APP，打開藍牙功能且此時小車通電，搜索藍牙設備，小車上藍牙模塊的名稱為HC-06，選擇后進行連接，連接成功后通過手機藍牙APP就可以控制小車。藍牙模塊原理如圖7所示，手機APP控制小車操作界面如圖8所示。

圖7 藍牙模塊原理

圖8 手機端操作界面

3 結束語

基于藍牙控制技術設計智能小車控制系統，利用STC89C52芯片、電源模塊、驅動模塊、避障模塊、循跡模塊、藍牙模塊，在裝有藍牙APP的安卓手機通過將控制命令發送給小車藍牙模塊，藍牙模塊把信號傳輸給單片機進行處理，單片機根據傳遞過來的指令運行不同的子程序，控制電機驅動，實現對小車前進、后退、右轉、左轉、停止的實時控制。將手機變為遙控器，為其他便利人們生活的智能設備的設計提供了參考。