1 總體設計方案

本設計的研究內(nèi)容包括小車的工作原理、單片機系統(tǒng)的軟件和硬件、電機驅(qū)動系統(tǒng)、藍牙通信系統(tǒng)，Android手機APP設計，。本設計需要達到的目標如下：

（1） 可以通過Android手機客戶端操作界面實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；

（2） 結(jié)合Android系統(tǒng)開源特點、藍牙短距離無線傳輸?shù)膬?yōu)勢以及單片機操作的簡便，實現(xiàn)手機的基本控制功能；

（3） 可以在小車行走過程中通過Android手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別改變小車運動狀態(tài)；

（4） 在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動。

1.1 上位機軟件設計

上位機開發(fā)使用的是由IBM提出的Eclipse開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境功能完善、比較成熟。而Android是一個多任務操作系統(tǒng)，在執(zhí)行一個應用程序時，可以把這個應用程序放在后臺，然后另外又執(zhí)行其他的應用程序。但每多執(zhí)行一個程序，就會多耗費一些系統(tǒng)內(nèi)存，如果同時執(zhí)行的任務過多或者沒有釋放之前執(zhí)行任務的內(nèi)存，Android系統(tǒng)運行起來就會變慢，甚至變得不穩(wěn)定。

1.2 下位機軟件設計

下位機（單片機簡稱下位機）軟件開發(fā)環(huán)境使用的是Keil μVision 4開發(fā)環(huán)境，根據(jù)主控制器的要求選擇Keil μVision 4的Keil C51開發(fā)環(huán)境對整個下位機軟件進行開發(fā)，其開發(fā)語言使用的是C語言。　　

2 設計方案特點及擴展說明

本設計主要是將單片機電子技術(shù)、藍牙通信技術(shù)和計算機軟件技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進行融會貫通，設計了該智能小車系統(tǒng)。

在主控芯片選擇時，選取功能俱全、價格低廉的芯片，通信方式上，選用最新的藍牙4.0技術(shù)，同時結(jié)合了移動智能終端來控制小車。設計方案的特色如下：

（1） 小車的主控芯片選用宏晶公司的STC89C52，其具有8 kB的FLASH，3個定時器，軟件編程難度適宜，且芯片資源足夠本系統(tǒng)使用。

（2） 通信方式采用串口通信，利用藍牙技術(shù)實現(xiàn)對小車的控制。短距離通信方式主要有：Bluetooth，ZigBee，WiFi，UWB和NFC，相比這五種無線短距離通信，藍牙在移動智能終端的成本是最低的，同時在車載音響設備中已經(jīng)有了應用，因此本方案選擇藍牙作為通信方式。

（3） 近幾年移動智能終端發(fā)展得越來越快、越來越好，手機、平板等都已進入了智能家居中，且這些設備都具備藍牙功能，在小車控制端選擇Android手機作為控制平臺是時代的潮流。

3 方案難點及關(guān)鍵技術(shù)

該方案難點在于： Android手機客戶端的APP編程。因為小車控制有虛擬按鍵、重力、語音三種控制方式，這樣在上位機編程上有很大的技術(shù)難點；藍牙模塊與下位機的串口通信和與上位機的無線通信。為了避免通信故障，在確定通信協(xié)議上有一定的難度；小車四個驅(qū)動電機的供電、主控芯片的供電和藍牙模塊的供電。

關(guān)鍵技術(shù)有：制定通信協(xié)議；設計Android手機APP；整個小車的供電系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析

4.1 藍牙控制小車整體外觀

藍牙控制智能小車整體實物圖如圖1所示，圖1為小車的側(cè)視圖。整個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直流電機控制，藍牙通信，電池供電等。

4.2 系統(tǒng)整體調(diào)試

藍牙控制智能小車最終實現(xiàn)的功能有：可以通過Android手機客戶端操作界面實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；可在小車行走過程中通過手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別控制改變小車運動狀態(tài)；在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動。主要調(diào)試內(nèi)容如下：

（1） 藍牙通信測試。用APP按鍵控制小車的前進后退，小車可以進行相應的轉(zhuǎn)向操作，證明通信系統(tǒng)沒有問題，然后測試重力感應和語音控制，小車均正常工作。

（2） 小車運動測試。當小車收到手機APP發(fā)送的前進后退指令后，單片機會解析其指令并控制四個直流電機做相應的“動作”。“按鍵”、重力、語音三種控制方式，在軟件設計時采用了一定的技巧，單片機解析命令時不需要解析其是三種控制方式的哪一種，只需要解析前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止五個命令。
5 結(jié) 語

通過多次反復調(diào)試和修改代碼，成功實現(xiàn)了藍牙小車預設的所有功能，在10 m范圍內(nèi)通信穩(wěn)定，控制可靠靈活。只是在上位機與下位機聯(lián)調(diào)的過程中遇到過一些麻煩，經(jīng)過不斷的優(yōu)化代碼最終實現(xiàn)了通信、控制“無障礙”。方案的意義在于將單片機電子技術(shù)，藍牙通信技術(shù)和智能終端設備有效的結(jié)合，深化了車聯(lián)網(wǎng)的概念，為車載電子的無線通信設計提供了一定的參考價值，本方案可推廣到車載藍牙系統(tǒng)，智能家居等領(lǐng)域。

附錄：

圖一

二、智能小車各模塊功能介紹

   1、小車底盤

小車底盤是機器人最重要的載體，相當于人體的軀干，ZK—4WD小車平臺采用差速轉(zhuǎn)彎，非常靈活，可以實現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)。小車平臺大小剛好，可以承載一些如驅(qū)動器，控制器，電池，傳感器等。

             圖二

2、驅(qū)動模塊

我采用ST公司原裝全新的L298N芯片及高質(zhì)量鋁電解電容，使電路穩(wěn)定工作。小車直流電機工作電流一般是200—400mA，有些更大。如果一個小車是兩個輪子，那么總的電流在400--800 mA左右，這些電機輪子都是要接受單片機指令執(zhí)行相應動作，而市面有的單片機IO口一般只能提供5--10 mA的電流，直接驅(qū)動不了單片機，所以就需要一個驅(qū)動模塊，就好像人的心臟功能。

                    圖三

3、控制模塊

我采用的控制器主控芯片是STC89C52屬于標準的51核的單片機，STC12C5A60S2內(nèi)帶PWM，AD,1T運行速度（主流），集成USB轉(zhuǎn)串可以直接用USB下載程序。集成數(shù)碼管，舵機，紅外蔽障，12864,1602，無線模塊等接口，板載輸入按鈕

             圖四

4、小車所需的能源

可以用普通的AA5號電池，我采用低內(nèi)阻的充電電磁套裝，這是小車的動力之源，對外供電為7.2V。

         圖五

這四部分都是必備的，有這四樣東西，就可以讓小車走起來，至于要怎么走，這個時候傳感器就開始大發(fā)神威了！

5、小車需要的各種傳感器

SG90舵機：里面有一個信號調(diào)制芯片，主要通過控制信號獲得直流偏置電壓，電壓差的正負輸出到電機的驅(qū)動芯片，決定電機的正反轉(zhuǎn)。當電壓差為0時，電機停止轉(zhuǎn)動。舵機內(nèi)帶反饋裝置，又名伺服電機，由于有反饋，所以很容易控制，與我們的超聲波模塊組成，那就是絕配。

     藍牙無線傳感器：可以用Android智能手機控制小車運行，Android手機用內(nèi)置藍牙與藍牙無線模塊配對，手機發(fā)出指令，無線藍牙模塊接收指令。當單片機接收到藍牙無線模塊發(fā)出的指令后，執(zhí)行相應的解碼動作，從而控制小車。

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第四組藍牙控制小車.doc (1.18 MB, 下載次數(shù): 73)

2019-1-25 02:52 上傳

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