唐 溢，簡毅飛，唐 騫

(1.電子科技大學 成都學院，成都 611731；2.福建師范大學 協(xié)和學院，福州 350117)

基于藍牙技術的小車智能控制系統(tǒng)設計

唐 溢1，簡毅飛1，唐 騫2

(1.電子科技大學 成都學院，成都 611731；2.福建師范大學 協(xié)和學院，福州 350117)

基于Cortex-M3內(nèi)核處理的硬件平臺設計實現(xiàn)小車智能控制，通過藍牙設備實現(xiàn)小車的智能行駛。其系統(tǒng)硬件主要由藍牙模塊、電機驅動模塊和Cortex-M3處理器芯片模塊構成；軟件系統(tǒng)由SMT32控制處理程序和手機端控制界面程序組成。實驗測試表明，該設計較好地實現(xiàn)了手機藍牙控制小車的智能行駛功能。

藍牙通信；STM32芯片；無線控制

隨著科技的發(fā)展，智能手機已經(jīng)全方位進入了日常生活。由于安卓操作系統(tǒng)的實際性和可操作性，使其迅速成為智能手機的主流操作系統(tǒng)。安卓的最大優(yōu)點是開源，對于安卓軟件的應用開發(fā)沒有限制。無線遙控實現(xiàn)方法包括藍牙、紅外、射頻等，其中藍牙技術具有一定優(yōu)勢。目前，藍牙技術實現(xiàn)無線遙控越來越廣泛[1-3]。本設計以手機作為終端，通過藍牙通信傳輸指令，實現(xiàn)小車的無線智能控制。由于藍牙控制系統(tǒng)的便利性，本設計并不局限于無線遙控智能小車，更可以運用于手機無線控制系統(tǒng)終端，例如控制電腦、家用電器甚至探測、排爆機器人等，具有非?，F(xiàn)實的推廣意義。

1 系統(tǒng)設計原理

本設計通過手機的藍牙設備對小車進行行駛控制。在手機中利用Android平臺的控制軟件實現(xiàn)小車的停止、左旋、右旋、前進、左轉、后退、右轉等功能。硬件電路主要由電源模塊、主控模塊、電機驅動模塊和藍牙模塊構成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

主控模塊采用以Cortex-M3為內(nèi)核的STM32F103VE芯片，利用藍牙模塊實現(xiàn)與手機的無線通信，負責接收相應的指令控制驅動模塊電機轉動，從而實現(xiàn)對小車的無線遙控。電源模塊主要提供控制模塊所需的5～12 V電壓。藍牙模塊采用HC-06模塊進行通信，只有四個并排的引腳，分別為VCC、GND、TXD、RXD。由于本系統(tǒng)的藍牙模塊只負責發(fā)送指令，無須接收指令，因此RXD引腳放空。驅動電機模塊采用L298N進行小車的驅動行駛控制。電壓模塊提供系統(tǒng)所需的5 V和12 V直流電壓，利用7805穩(wěn)壓芯片將12 V直流電壓轉換為5 V電壓。由于STM32外圍硬件電路設計非常成熟，且非本系統(tǒng)主要工作，故不詳述。

2 電機驅動模塊設計

電機驅動電路主要包括L298N驅動芯片和由8個二極管組成的兩組電機控制接口端Header2。L298N主要用于接收來自STM32芯片的驅動控制信息(ENA，ENB，IN1～IN4)以及輸出對兩個電機的控制信息(OUT1～OUT4)。兩組電機控制接口端Header2分別與左右輪的電機相連接，將驅動控制(ENA，ENB，IN1～IN4)直接與STM32的GPIO管腳相連接，構成控制系統(tǒng)。由于采用線圈式電機，當電機從運行狀態(tài)突然轉換到停止狀態(tài)和從順時針狀態(tài)突然轉換到逆時針狀態(tài)時，會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時候起到泄流作用，以保護芯片的安全，其電機驅動模塊電路設計如圖2所示。

圖2 電機驅動模塊電路圖

3 軟件設計

3.1 小車控制系統(tǒng)設計

小車系統(tǒng)控制程序主要是在STM32處理器的控制下，對藍牙模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進行處理，從而控制電機轉動，以控制小車實現(xiàn)前進、后退、左轉、右轉、旋轉、加速、減速等功能。在這個過程中，STM32處理器首先進行硬件的初始化，包括初始化STM32處理器的管腳使用到的各個端口的方向以及各個變量等。STM32處理器實時對藍牙模塊端口進行數(shù)據(jù)讀取。如果端口的數(shù)據(jù)讀出，則對讀出的相應數(shù)據(jù)進行處理，若讀出的數(shù)據(jù)為1、2、3、4、5、6、7，則分別對應小車的停止、左旋、右旋、前進、左轉、后退、右轉。小車硬件系統(tǒng)控制程序設計的流程圖如圖3所示。

3.2 手機終端控制系統(tǒng)設計

手機控制端基于Android 2.3.3系統(tǒng)，所用的開發(fā)工具是Eclipse集成開發(fā)環(huán)境。Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，最初主要用于Java語言開發(fā)，目前亦有人通過插件使其作為其他計算機語言的開發(fā)工具，比如C++、Python和Android。在此開發(fā)環(huán)境下開發(fā)軟件非常的方便。

圖3 小車硬件控制程序流程圖

重力感應主要利用手機自帶的重力感應器。手機的重力感應原理是利用壓電效應實現(xiàn)的，簡單來說，是測量內(nèi)部一片重物(重物和壓電片做成一體)重力正交兩個方向的分力大小，來判定水平方向。

在設計控制界面之前，必須在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境下，創(chuàng)建一個Android應用工程[4]。創(chuàng)建工程的Android版本為2.3.3，工程名為:BluetoothWirelessCar，則會自動創(chuàng)建一個MainActivity。在MainActivity添加手機控制端界面的相關控件，如TextView文本控件和Button按鈕控件，并采用相對布局進行界面的布局。該控制界面采用4個TextView控件顯示小車的“沖鋒值”、小車運行“狀態(tài)”；7個Button控件分別為加速按鈕、減速按鈕、停止按鈕、前進按鈕、后退按鈕、左轉按鈕、右旋按鈕。手機控制端程序涉及菜單選項，分別為“打開重力感應”“關閉重力感應”“連接智能小車”，其界面效果如圖4所示。

圖4 手機控制界面效果圖

在程序操作過程中，必須先連接智能小車的藍牙設備，否則無法操作。如果出現(xiàn)無連接操作，點擊圖4所示的控制界面任意某個按鈕或者菜單項的前兩個選項，程序都會出現(xiàn)提示對話框：“請連接智能小車”，再點擊“連接智能小車”菜單選項，會彈出連接智能小車的Activity， 如圖5所示。點擊界面中的“查找設備”，程序就會列出周圍已開啟的藍牙設備，選擇屬于小車的藍牙設備即可。通過控制界面或者手機的重力感應來操控小車運行或行駛狀態(tài)，其程序流程如圖6所示。

圖5 查詢設備界面圖

圖6 手機控制系統(tǒng)流程圖

4 結束語

本設計基于Android手機的藍牙模塊，通過應用程序的按鈕模式或者重力感應模式，完成無線控制小車實現(xiàn)停止、左旋、右旋、前進、左轉、后退、右轉、加速、減速等功能，達到智能控制的目的。實驗表明，本控制系統(tǒng)能夠有效控制小車的行駛狀態(tài)，達到預期設計效果。后續(xù)的小車控制設計可以考慮增添小車避障或者藍牙相互通信等應用功能。

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

[2]朱丹峰，葛主冉，林曉雷.基于Android平臺的無線遙控智能小車[J].電子器件，2013，36(3):408-412.

[3]周瑛，楊盛國，黃凌云.基于藍牙技術遙控小車的設計與實現(xiàn)[J].福建師大福清分校學報，2012(5):18-22.

[4] 吳文平.基于視覺反饋的智能小車控制系統(tǒng)研究[D].成都：電子科技大學，2012:39-47.

Design of Intelligent Control System of Vehicle Based on Bluetooth

TANG Yi1, JIAN Yifei1, TANG Qian2

(1. College of Chengdu, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China;2. College of Concord，F(xiàn)ujian Normal University, Fuzhou 350117, China )

Based on the hardware platform of Cortex-M3 processor, the intelligent control system of vehicle is designed in the paper. It achieved intelligent driving of vehicle by the Bluetooth of mobile phones. The hardware system consists of Bluetooth module, motor driver module, Cortex-M3 chip and mobile phone. The software system includes the control program on the STM32 and the interface program of the mobile phone. The test shows that vehicle has been intelligently controlled by Bluetooth of mobile phones.

bluetooth communication; STM32 chip; wireless control

2014-09-09；修改日期: 2014-12-15

唐 溢(1987-)，女，碩士，助教，研究方向：電子信息與技術。

TP

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.011