基于手機藍牙的智能小車控制系統設計

吳伯彪，郭禧斌

（鄭州科技學院，河南鄭州450064）

基于手機藍牙的智能小車控制系統設計

吳伯彪，郭禧斌

（鄭州科技學院，河南鄭州450064）

設計了一種通過手機藍牙實現對小車控制的系統。該系統通過藍牙模塊HC－06與智能手機建立藍牙通信，以STC89C52作為主控芯片，接收藍牙模塊傳送的信號并進行處理，通過L298N電機驅動模塊，使單片機控制信號驅動兩個電機運轉。在Android手機上開發應用軟件，通過設計的按鈕實現對車的啟動、轉向等控制。

藍牙通訊；控制系統；電機驅動；單片機；硬件電路；軟件設計；系統調試

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，無線控制技術的發展已經遍及電子、移動互聯網、可穿戴設備、航空領域。無線控制系統有紅外、射頻以及藍牙技術等，其中，藍牙技術被廣泛應用［1］。藍牙是一種無線個人局域網。利用藍牙技術能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設備與因特網之間的通信。

安卓（android）系統是一個以Linux為基礎的半開源操作系統，主要應用于便攜設備。它憑借可操作性強和開放性的優勢，迅速成為智能手機的主流操作平臺。筆者以裝有安卓系統的智能手機為終端，基于藍牙技術，設計了一種小車控制系統。該系統通過藍牙通信傳輸控制指令給單片機，再利用電機驅動實現小車前行、倒退、左轉、右轉和停止等功能。

1 系統的總體設計

1.1 系統組成

本控制系統主要由單片機模塊、電源模塊、藍牙模塊、電機驅動模塊和手機遙控平臺等組成。

1.2 系統工作原理

裝有安卓系統的智能手機通過手機藍牙將控制命令發送給車載藍牙，車載藍牙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。手機藍牙控制的智能小車系統總體組成框圖如圖1所示。

圖1 系統總體設計框圖Fig.1 General design of system

2 系統硬件電路設計

2.1 電源模塊設計

本系統需要對單片機、車載藍牙模塊和電機驅動模塊進行供電。電機驅動模塊需要9 V電源供電，單片機和車載藍牙模塊需要5 V的恒壓電源供電。系統選用了LM7805集成穩壓芯片，其有一系列固定的電壓輸出，故應用廣泛。LM7805集成穩壓芯片還可以將系統所需的9 V輸入電壓轉換成5V的電壓恒定輸出。因此，在不需要更換電池的情況下，使系統更加穩定安全。

2.2 電機驅動模塊

本設計依靠2個電機驅動小車的2個車輪。在小車行進過程中，通過控制與調整車輪的速度和旋轉方向實現小車的不同行進狀態。系統采用L298N作為直流電機驅動，其電路如圖2所示。該芯片用于控制直流電動機等感性負載，內部包含8通道邏輯驅動電路，其采用標準邏輯電平信號來控制電機，具有較低的飽和壓降以及過熱保護。同時，它可產生的穩定輸出電壓，抗干擾能力強［2］。

圖2 電機驅動電路Fig.2 M otor drive circuit

該電機驅動電路通過單片機的I／O輸入改變芯片控制端的電平，單片機通過I／O口輸出TTL電平為電機驅動芯片IN1～IN2提供信號，即可以對電機進行正轉、反轉、停止等操作。

2.3 車載藍牙模塊

本系統車載藍牙采用HC－06藍牙模塊。它在具有無線藍牙通信功能的設備中使用比較廣泛［3］。HC-06藍牙模塊分主機和從機，主機能與從機配對通信，從機能與手機藍牙配對通信。該模塊工作電壓為3.3V，可實現在10m范圍內的無線通信。HC－06藍牙模塊芯片共有VCC、GND、RXD、TXD 4個引腳，可以很方便地實現與手機等具有藍牙的設備進行無縫連接。STC89C52通過串口與藍牙模塊HC－06連接，接收手機藍牙發送的控制命令。HC－06工作原理圖如圖3所示：

圖3 HC－06藍牙模塊芯片電路圖Fig.3 HC-06 b luetooth module chip circuit

2.4 APP軟件模塊

在安卓系統應用商店中尋找合適的藍牙串口軟件。本系統采用的軟件為藍牙串口SPP軟件。因為軟件涉及對不同設備的兼容問題，所以，對該軟件的不同版本進行了比對。由于所選用手機為安卓2.1版本，因此，采用藍牙串口SPP5.3.3較為穩定。將不同指令設置到資料所提供的APP軟件中進行配置，如表1所示。

表1 指令配置表Tab.1 Instruction configuration

3 系統軟件設計

主程序的功能主要是檢測藍牙設備是否工作正常、設置藍牙與下位機連接以及手機各功能按鍵的實現等。功能按鈕是由前進、后退、左轉、右轉、停止等模塊組成。

根據指令按鍵的配置，手機向外發送指令信號。該信號被車載藍牙模塊HC－06接收，并通過串口通信發送給單片機。單片機根據獲得的信號控制電機轉向以及轉速，進而實現對小車前進、后退、右轉、左轉、停止的實時控制。藍牙控制程序流程如圖4所示。

圖4 藍牙控制程序流程圖Fig.4 Bluetooth control program flow

4 系統調試

系統調試包括以下內容：（1）檢查各個模塊之間，電機驅動與電機之間的連接是否正確。若都沒有出錯，打開提供給各個模塊的5 V電源和提供給電機的9V電源。此時，最小系統模塊指示燈點亮，表示單片機供電正常；藍牙模塊指示燈開始閃爍，表示藍牙模塊也供電正常。（2）打開安卓手機界面，自動搜索藍牙芯片的地址，并進行連接。當藍牙芯片的指示燈有閃爍轉變為常亮以后，表示藍牙配對連接成功。（3）在手機端的界面上點擊前進、后退、左轉、右轉按鈕，查看小車的動向。當在手機端的界面上點擊前進、后退、左轉、右轉按鈕時，藍牙模塊能接受手機端發送的字符相應字母的ASCII碼值，并且能夠通過串口相應的傳遞給單片機，單片機通過分析串口傳過來的數據，改變P2口的值來控制電機驅動的輸入端IN1、IN2、IN3、1N4。整體系統調試如圖5所示。

圖5 智能小車上電調試圖Fig.5 Intelligent car electric debugging

5 結語

本文設計的基于手機藍牙的智能小車控制系統通過Android手機上的APP應用程序的按鍵模式實現了小車的前行、倒退、左轉、右轉和停止等功能，達到了預期目的。該思想將手機變身為遙控器，為人們的生活帶來無限方便，也可為其他智能設備控制提供參考。

［1］李俠，沈峰.基于安卓系統的低功耗藍牙應用程序開發［J］.重慶科技學院學報.2014，16（5）：133－136.

［2］張天鵬，徐磊.L298N控制直流電機正反轉［J］.工業設計.2011（3）：98－99.

［3］談敏，劉高平.基于手機藍牙接口的小車遙控系統［J］.浙江萬里學院學報.2012，25（4）：77－80.

[責任編輯 胡修池]

TP872

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.014

2016-05-31

吳伯彪（1988-），男，河南鄭州人，助教，主要從事控制理論與控制工程專業的教學與研究工作。