基于Arduino的智能藍牙小車設計

李柯

（沈陽航空航天大學，遼寧沈陽，110136）

1 系統總體設計

1.1 智能藍牙小車總體結構

智能藍牙小車基于模塊化設計思想，由車體模塊、電源模塊、主控模塊、電機驅動模塊、電機模塊、藍牙模塊、蜂鳴器模塊等構成小車硬件系統。其核心是Arduino UNO開發板，所有的傳感器都將與主板相連接。小車結構設計如圖1所示。

圖1 系統總體結構框圖

1.2 智能藍牙小車原理

智能藍牙小車以Arduino UNO開發板為核心，根據藍牙模塊接收到的數據信號，判別執行的命令，其原理圖如圖2所示。

圖2 藍牙小車原理圖

使用者通過SPP藍牙串口手機軟件發送指令，藍牙模塊接收后將數據傳送給Arduino UNO開發板，開發板進行判斷分析，并進一步為執行模塊發送電壓與PWM信號，執行相應命令。例如，給蜂鳴器發送電壓信號則會實現鳴笛功能；給電機驅動模塊發送PWM信號則會實現運動功能。

2 系統硬件設計

2.1 主控芯片

該小車采用 Arduino UNO單片機作為主控芯片，用于對藍牙模塊接收的信息的采集和處理，輸出電壓與PWM信號實現小車的運動功能與鳴笛功能。

2.2 電機驅動模塊

該小車采用L298N電機驅動模塊，可外接5V或12V電源進行供電。如圖3所示，該模塊具有4個邏輯輸入，分別接入單片機上的4路PWM信號引腳，有4個輸出端口，接到電機的正負極，驅動兩組電機的運轉。

圖3 L298N電機驅動模塊

每組電機的轉速受到輸入驅動模塊的兩個PWM信號的影響：電機輸出轉速大小取決于二者之差的絕對值大小；輸出轉速方向取決于二者之差的正負。以單個電機為例，根據單片機輸出的 PWM 波和相應控制信號，電機驅動模塊 L298N功能邏輯如表1所示。

表1 驅動模塊功能邏輯表

2.3 藍牙模塊

該小車采用HC-06藍牙模塊，其工作原理圖如圖4所示。

圖4 藍牙模塊工作原理圖

使用者需要先將手機端與藍牙模板進行配對，配對成功后即可通過該藍牙模塊實現手機端與單片機的信息交互，使單片機對數據進行邏輯判斷并執行手機端發送的指令[4]。

2.4 蜂鳴器

蜂鳴器是一種電子發聲元器件，可以發出“beep beep”的聲音。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種，該小車采用無源蜂鳴器，需要用2K-5K的波形脈沖信號去驅動。使用方法比較簡單，只需要將兩個電源引腳接GND和+5V，另一個引腳接單片機PWM信號引腳即可。在程序中用tone(beep,K)即可驅動，其中beep為設置引腳，K為數值，經過測試當K取350時最接近鳴笛聲。

3 系統軟件設計

3.1 程序設計

Arduino IDE是Arduino開發板的編程軟件，其內包含了廣泛的函數庫，因此對于復雜的部件（顯示器、傳感器），變成就會十分容易。在該程序設計中應用到了如下函數：

Serial.available() //用于讀取串口緩沖區中當前剩余的字符個數。

Serial.read() //用于讀取串口的緩沖區中一個Byte的數據。

analogWrite(IN1,0) //用于將模擬值輸出到引腳，驅動電機。

tone(beep,350) //驅動蜂鳴器

notone(beep) //蜂鳴器停止工作

首先判斷是否有數據發送至緩沖區，如果有則讀取1字節數據，隨后進行邏輯判斷并執行相應指令，其流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

核心程序如下：

3.2 手機控制軟件設計

采用SPP手機軟件進行藍牙通信，設置后的操作界面如圖6所示。圖中12個格子為操作區，打開下方編輯模式可以對每個格子進行設置，包括觸發方式（按下、松開）、傳送數據等。

圖6 手機SPP軟件操作界面

例如：對于小車的運動指令（前進、后退等），需要設置為按下觸發，在按下功能塊后持續發送數據；對于小車參數修改指令（1、2、3擋位控制），需要設置為松開觸發，在松開功能塊后發送一次數據；而對于小車的鳴笛指令，則需同時設置按下觸發和松開觸發。

手機控制智能藍牙小車的方式如下：首先點擊右上角連接，與藍牙模塊進行連接，需要注意的是，此時需將電機驅動模塊斷電，否則可能會出現連接失敗情況；連接成功后即可通過手機發送相關指令控制小車運動。

3.3 調試實驗

搭建好的藍牙小車如圖7所示。

圖7 藍牙小車實物

實驗過程大致分三部分：

首先將Arduino開發板通過USB與PC端連接，并將編寫的程序錄入開發板；再通過手機APP，將手機與藍牙模塊無線連接，此時發現藍牙模塊閃爍，手機與藍牙模塊成功連接。

打開Arduino IDE的串口監視器，按下手機APP的功能塊，查看傳送的數據是否與程序設定數據一致，不一致則需對程序進行更改，并重新上傳程序。

斷開Arduino與PC端的連接，打開藍牙小車電源，依次點擊手機APP的功能塊，測試各項指令的實際效果。

通過實驗調試，對藍牙小車調擋功能、鳴笛功能以及運動功能進行了測試，發現都能夠較好實現。

4 結語

本文基于Arduino平臺設計了一種智能藍牙小車，并通過實驗調試實現了所有的預期功能。該藍牙小車具有以下優勢：能夠通過手機端對小車進行控制；能實現多種命令，包括小車的多種轉彎方式、多種運動速度以及鳴笛等；系統成本較低，攜帶便利。