聶茹

0 引言

遙控小車是玩具市場(chǎng)一種很常見的玩具，但是，每個(gè)小車都有自己特定的遙控器，原裝遙控器壞了很難與其它型號(hào)的進(jìn)行匹配?，F(xiàn)在手機(jī)使用十分普遍，如果利用手機(jī)這個(gè)平臺(tái)，通過軟件編程，通過藍(lán)牙來控制我們的玩具小車[1-2]，可以很方便的在一個(gè)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多種小車的遙控器。 因此，本論文先設(shè)計(jì)一種手機(jī)對(duì)智能遙控車的控制方案，利用本系統(tǒng)的控制模塊可擴(kuò)展至對(duì)所有家電的控制。

Andriod是一個(gè)完全開放的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，在2007年11月5日這天，谷歌公司正式向外界展示了這款名為Android的操作系統(tǒng)，本程序是基于Android 2.1系統(tǒng)，所用開發(fā)工具為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，Eclipse是著名的跨平臺(tái)的自由集成開發(fā)環(huán)境，在此開發(fā)環(huán)境下開發(fā)軟件非常的方便。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)手機(jī)可以遠(yuǎn)程通過藍(lán)牙控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。

1.2 設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)是以 AT89C52單片機(jī)為核心，以設(shè)置手機(jī)界面來設(shè)置前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等功能。單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止。HC-06為藍(lán)牙接收模塊，通過與手機(jī)端的藍(lán)牙進(jìn)行連接配對(duì)，從而接收從手機(jī)端發(fā)送過來的動(dòng)作指令。接收到的指令再傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過分析傳遞過來的指令不同，而跳轉(zhuǎn)到不同的子程序來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等不同的動(dòng)作。電源提供給單片機(jī)5V直流電，L298需要從外部接兩個(gè)電壓，一個(gè)是給電機(jī)的，另一個(gè)給L298芯片的[3]。

1.3 系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的硬件可以分為4個(gè)模塊：電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、藍(lán)牙模塊。電源電路為整個(gè)系統(tǒng)供電，包括單片機(jī)AT89C52、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙模塊、及其他外圍電路。電源電路分兩個(gè)部分：（1）接外部電源給電機(jī)供電；（2）由4節(jié)干電池作為電源，給系統(tǒng)供電，以確保單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙模塊的正常運(yùn)行。在電源電路給系統(tǒng)供電時(shí)，綠色指示燈點(diǎn)亮，只是當(dāng)前供電正常。單片機(jī)最小系統(tǒng)部分是整個(gè)系統(tǒng)的智能控制部分，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298需要從外部接兩個(gè)電壓，一個(gè)是給電機(jī)的，另一個(gè)給L298芯片的[4]。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入/輸出設(shè)備等[5-6]。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA、EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。

2.3 藍(lán)牙模塊HC-06

本模塊分主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)能和從機(jī)配對(duì)通信，從機(jī)與從機(jī)之間或主機(jī)與主機(jī)之間不能通信，從機(jī)能和電腦、手機(jī)等的藍(lán)牙配對(duì)通信，購(gòu)買時(shí)默認(rèn)為從機(jī)。在做智能小車控制時(shí)，藍(lán)牙模塊主要是實(shí)現(xiàn)接收從手機(jī)端發(fā)送過來的指令，所以我們需要的是從機(jī)模塊。藍(lán)牙串口在模塊功能上，偶數(shù)命名的互相兼容，從機(jī)命名的也互相兼容，也就是說，HC-04與HC-06，HC-03與 HC-05在功能上是兼容的。HC-04與HC-06是比較早的版本，用戶不可以自己切換主機(jī)或者從機(jī)，AT指令集很少，包括修改藍(lán)牙名（限于從機(jī)），修改密碼，修改波特率，詢問版本號(hào)等幾個(gè)基本功能。在本次設(shè)計(jì)中我們只需實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的通信，因此選用 HC-06模塊。HC-06模塊只記憶最后一次配對(duì)過的從機(jī)，并只與該從機(jī)配對(duì)，直到KEY（26腳）高電平觸發(fā)時(shí)放棄記憶，26腳默認(rèn)應(yīng)該為低電平。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，主程序主要是在單片機(jī)的控制下，對(duì)藍(lán)牙模塊輸入的信息進(jìn)行存儲(chǔ)分析，來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。在這個(gè)過程中，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置單片機(jī)各個(gè)端口的方向，各個(gè)變量的初始化，以及單片機(jī)振蕩頻率的校準(zhǔn)等。單片機(jī)定時(shí)對(duì)藍(lán)牙模塊串口讀數(shù)據(jù)，如果串口的數(shù)據(jù)讀出，則對(duì)讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讀出的數(shù)據(jù)如果為 A、B、C、D則分別對(duì)應(yīng)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

3.2 手機(jī)端程序的設(shè)計(jì)

本程序是基于Android 2.1系統(tǒng)，所用開發(fā)工具為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，Eclipse是著名的跨平臺(tái)的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。最初主要用來Java語(yǔ)言開發(fā)，但是目前亦有人通過插件使其作為其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言比如 C++、Python和Android的開發(fā)工具，在此開發(fā)環(huán)境下開發(fā)軟件非常的方便。首先設(shè)計(jì)本系統(tǒng)手機(jī)端軟件的程序界面，為了盡快實(shí)現(xiàn)程序的功能，本程序沒有對(duì)軟件界面設(shè)計(jì)做特別美化的設(shè)計(jì)，僅包含我們所用到的幾個(gè)按鈕和圖形顯示，以實(shí)現(xiàn)我們的功能為最大目標(biāo)。

（1）手機(jī)界面程序設(shè)計(jì)

在設(shè)置手機(jī)界面的時(shí)候，在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境下，首先，新建一個(gè) android項(xiàng)目工程，興建路徑是File—New—android project—project name，選擇 android 1.6版本，工程名命名為Bluetooth-car，選擇Create Activity，則自動(dòng)創(chuàng)建了一個(gè)Activity。手機(jī)界面圖如圖2所示：

圖2 手機(jī)界面圖

（2）手機(jī)監(jiān)聽程序設(shè)計(jì)

在Eclipes開發(fā)平臺(tái)上，首先在Layout文件中采用相對(duì)布局的形式設(shè)計(jì)完成手機(jī)界面以后，就要考慮為我們的每個(gè)Butten按鍵綁定監(jiān)聽程序，以實(shí)現(xiàn)在每個(gè)按鍵按下時(shí)，就能通過手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)到小車藍(lán)牙接收模塊。首先在Layout文件中，每添加一個(gè)控件，都會(huì)為這個(gè)控件設(shè)置一個(gè)ID，（如android:id="@+id/button1"），然后在R.JAVA文件就會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)ID地址。然后在主程序里面編寫監(jiān)聽程序，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，通過監(jiān)聽按鍵的ID地址的不同，采用switch結(jié)構(gòu)，跳轉(zhuǎn)到不同的case里，向小車藍(lán)牙模塊發(fā)送不同的數(shù)據(jù)。在程序里直接寫進(jìn)小車藍(lán)牙模塊的藍(lán)牙地址（00:12:10:31:01:70），當(dāng)程序開始運(yùn)行時(shí)，將會(huì)自動(dòng)搜索該地址的藍(lán)牙芯片，當(dāng)進(jìn)行過一次配對(duì)連接以后，將會(huì)記憶該地址，以后每次只要打開手機(jī)界面，開始運(yùn)行時(shí)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行搜索配對(duì)連接好[7-8]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)電路原理圖、實(shí)物 圖把電路板實(shí)物做出來后，下一步就是電路板調(diào)試。電路板調(diào)試是最關(guān)鍵的一步，前面所做的電路設(shè)計(jì)的成功與否就是在調(diào)試步驟里體現(xiàn)的。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)整體調(diào)試等3大部分。

4.1 硬件調(diào)試

硬件電路調(diào)試包括獨(dú)立元件的檢測(cè)、單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試、電源電路的調(diào)試、驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試4部分。下面，主要介紹驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試情況。驅(qū)動(dòng)模塊為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的芯片，L298需要從外部接兩個(gè)電壓，一個(gè)是給電機(jī)的，另一個(gè)給L298芯片的。首先檢查驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)的各個(gè)連線是否都正確以后，給芯片通上電源，單片機(jī)指示燈點(diǎn)亮以后。運(yùn)行單片機(jī)上的程序，通過單片機(jī) P2口的數(shù)據(jù)變化來控制L298的IN1、IN2、IN3、IN4的電平的高低。L298輸入端的高低電平的變化，通過輸入端的LED燈的亮滅來顯示。當(dāng)運(yùn)行前進(jìn)程序的時(shí)候，IN1、IN2、IN3、IN4的值為1、0、1、0，分別點(diǎn)亮LED1和LED3，左右電機(jī)都正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)；運(yùn)行左轉(zhuǎn)程序的時(shí)候，IN1、IN2、IN3、IN4分別為 1、0、0、1，分別點(diǎn)亮 LED1、LED4，左電機(jī)正轉(zhuǎn)，右電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車左轉(zhuǎn)；運(yùn)行右轉(zhuǎn)程序的時(shí)候，IN1、IN2、IN3、IN4的值為0、1、1、0，點(diǎn)亮LED2，LED3，左電機(jī)反轉(zhuǎn)，右電機(jī)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車右轉(zhuǎn)；運(yùn)行后退程序的時(shí)候，IN1、IN2、IN3、IN4 的值分別為 0、1、0、1，分別點(diǎn)亮 LED2、LED4，左右電機(jī)都反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車后退。通過調(diào)試電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊能實(shí)現(xiàn)基本的功能。其調(diào)試圖如圖3~圖6所示：

圖3 小車前進(jìn)指示圖

圖4 小車后退指示圖

圖5 小車左轉(zhuǎn)指示圖

圖6 小車右轉(zhuǎn)指示圖

4.2 軟件調(diào)試

將做好的工程添加進(jìn)入Eclipes開發(fā)環(huán)境中，檢查各個(gè)文件夾下面的程序有沒有出現(xiàn)打紅色X的問題以及警告，點(diǎn)開下方的problem的文件，檢查該工程有沒有出現(xiàn)問題，當(dāng)排除了所有的問題以后。配置一個(gè)2.2版本的模擬器，然后啟動(dòng)模擬器，在模擬器上運(yùn)行該工程，在模擬器上將會(huì)出現(xiàn)已經(jīng)做好的手機(jī)界面，運(yùn)行完成，調(diào)試成功。然后將手機(jī)連接到電腦上，打開安卓手機(jī)的USB接口。接下來點(diǎn)擊運(yùn)行整個(gè)工程項(xiàng)目，在手機(jī)上出現(xiàn)前面那個(gè)做好的藍(lán)牙小車控制界面。點(diǎn)擊各個(gè)按鈕，都無問題，證明該JAVA程序沒有問題。

4.3 系統(tǒng)整體調(diào)試

藍(lán)牙控制小車的硬件模塊和軟件模塊分別調(diào)試通過后，接下來就可以進(jìn)行系統(tǒng)的整體測(cè)試。首先檢查各個(gè)模塊之間，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)與電機(jī)的連接都沒有出錯(cuò)的情況下，打開給各個(gè)模塊提供的5V電源以及打開給電機(jī)提供的另一個(gè)6V電源。此時(shí)最小系統(tǒng)模塊指示燈點(diǎn)亮，表示單片機(jī)供電正常，藍(lán)牙模塊指示燈開始閃爍，表示藍(lán)牙模塊也供電正常。此時(shí)打開安卓手機(jī)的藍(lán)牙，搜索該藍(lán)牙芯片，進(jìn)行配對(duì)。然后打開我們做好的手機(jī)界面，當(dāng)界面打開之后，開始自動(dòng)搜索藍(lán)牙芯片的地址進(jìn)行連接，當(dāng)藍(lán)牙芯片的指示燈由閃爍轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ａ烈院?，表示藍(lán)牙配對(duì)連接成功。在剛開始的時(shí)候調(diào)試的時(shí)候遇到了一些問題，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面，當(dāng)在手機(jī)端的界面上點(diǎn)擊前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)按鈕的時(shí)候，藍(lán)牙模塊能接受手機(jī)端發(fā)送的字符 A、B、C、D的ASCII碼值，并且能夠通過串口相應(yīng)的傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過分析串口傳過來的數(shù)據(jù)，改變P2口的值分別為65、66、67、68，來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸入端IN1、IN2、IN3、IN4。相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)端的四個(gè)指示 LED燈都能根據(jù)數(shù)據(jù)的變化采取不同的亮和滅的組合情況，來相應(yīng)控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

5 總結(jié)

本文闡述一種通過手機(jī)藍(lán)牙遙控小車行走的軟、硬件設(shè)計(jì)。手機(jī)藍(lán)牙作為客戶端，小車上的藍(lán)牙模塊 HC-06作為服務(wù)端?？蛻舳瞬捎肊clipse開發(fā)環(huán)境，JAVA編程，服務(wù)端采用單片機(jī)控制。雙方通過串口進(jìn)行通信，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)控制小車行動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，小車可以接收手機(jī)遙控信號(hào)并靈活地進(jìn)行前行、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能。

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