摘 要： 基于Android平臺(tái)，借助于藍(lán)牙通信技術(shù)，為無(wú)線智能小車的設(shè)計(jì)提供一種新的研究方法。該設(shè)計(jì)把藍(lán)牙、無(wú)線電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和Android移動(dòng)智能終端平臺(tái)結(jié)合在一起，在小車硬件基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)藍(lán)牙控制的無(wú)線智能小車。通過(guò)藍(lán)牙控制實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能，并在小車行走過(guò)程中通過(guò)Android手機(jī)客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語(yǔ)音分別控制改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這為車載電子的無(wú)線通信設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也為未來(lái)的無(wú)線小車和現(xiàn)代智能家居的設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 藍(lán)牙通信； 移動(dòng)智能終端； 智能小車； 車載電子

中圖分類號(hào)： TN923?34； TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）12?0132?03

Abstract： This design is based on the Android， and provides a new research method for wireless smart car control by means of the bluetooth communication technology. With more and more wide use of Bluetooth in people's lives， a wireless smart car controlled by Bluetooth was designed in combination with of Bluetooth， wireless electronic technology， microcontroller technology and Android mobile intelligent terminal platform， as well as car hardware. The forward move， backward move， right front turn， left front turn， right rear turn， left rear turn and other functions of the smart car were achieved with bluetooth control technology. In the course of the car moving， the car’s movement state can be controlled and changed by means of APP interface button， gravity， voice through the Android mobile client. It provides a new design method for vehicle?mounted electronics for wireless communication. It also provides a certain reference significance for the future design of wireless car and modern smart home.

Keywords： bluetooth communication； mobile intelligent terminal； intelligent car； vehicle?mounted electronics

0 引 言

本設(shè)計(jì)的思路是基于以下幾個(gè)方面：首先，隨著車聯(lián)網(wǎng)的普及，使得車載電子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)車的影響非常大；其次，藍(lán)牙技術(shù)的普及，在智能家居中和車載電子系統(tǒng)中的應(yīng)用有很大的前瞻性；第三，移動(dòng)智能終端設(shè)備在人們的生活中越來(lái)越重要，人類已經(jīng)進(jìn)入了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備的使用給人們的生活帶來(lái)了很大便捷，同時(shí)在車載社會(huì)中也有巨大的優(yōu)勢(shì)；最后，由于筆者就職單位與一家汽車電子公司正在共同開(kāi)發(fā)新一代全景泊車系統(tǒng)、行車記錄儀等車載安全系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到手機(jī)上實(shí)時(shí)顯示車身周圍的信息，給駕駛員帶來(lái)了很大的方便[1]。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容包括小車的工作原理、單片機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、藍(lán)牙通信系統(tǒng)[2]，Android手機(jī)APP設(shè)計(jì)，如圖1所示。本設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)如下：

（1） 可以通過(guò)Android手機(jī)客戶端操作界面實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、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(kāi)源特點(diǎn)、藍(lán)牙短距離無(wú)線傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)以及單片機(jī)操作的簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)手機(jī)的基本控制功能；

（3） 可以在小車行走過(guò)程中通過(guò)Android手機(jī)客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語(yǔ)音分別改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

（4） 在超出藍(lán)牙控制范圍時(shí)，小車能夠自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。

1.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)開(kāi)發(fā)使用的是由IBM提出的Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境，該開(kāi)發(fā)環(huán)境功能完善、比較成熟。而Android是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)[3]，在執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，可以把這個(gè)應(yīng)用程序放在后臺(tái)，然后另外又執(zhí)行其他的應(yīng)用程序。但每多執(zhí)行一個(gè)程序，就會(huì)多耗費(fèi)一些系統(tǒng)內(nèi)存，如果同時(shí)執(zhí)行的任務(wù)過(guò)多或者沒(méi)有釋放之前執(zhí)行任務(wù)的內(nèi)存，Android系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)就會(huì)變慢，甚至變得不穩(wěn)定。圖2是上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)方案圖。

1.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)（單片機(jī)簡(jiǎn)稱下位機(jī)）軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境使用的是Keil μVision 4開(kāi)發(fā)環(huán)境，根據(jù)主控制器的要求選擇Keil μVision 4的Keil C51開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)整個(gè)下位機(jī)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言使用的是C語(yǔ)言[4]。下位機(jī)軟件系統(tǒng)方案如圖3所示。

2 設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及擴(kuò)展說(shuō)明

本設(shè)計(jì)主要是將單片機(jī)電子技術(shù)、藍(lán)牙通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行融會(huì)貫通，設(shè)計(jì)了該智能小車系統(tǒng)。

在主控芯片選擇時(shí)，選取功能俱全、價(jià)格低廉的芯片，通信方式上，選用最新的藍(lán)牙4.0技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了移動(dòng)智能終端來(lái)控制小車[5]。設(shè)計(jì)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(gè)定時(shí)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(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wú)線短距離通信，藍(lán)牙在移動(dòng)智能終端的成本是最低的，同時(shí)在車載音響設(shè)備中已經(jīng)有了應(yīng)用，因此本方案選擇藍(lán)牙作為通信方式。

（3） 近幾年移動(dòng)智能終端發(fā)展得越來(lái)越快、越來(lái)越好，手機(jī)、平板等都已進(jìn)入了智能家居中，且這些設(shè)備都具備藍(lán)牙功能，在小車控制端選擇Android手機(jī)作為控制平臺(tái)是時(shí)代的潮流。

3 方案難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

該方案難點(diǎn)在于： Android手機(jī)客戶端的APP編程。因?yàn)樾≤嚳刂朴刑摂M按鍵、重力、語(yǔ)音三種控制方式，這樣在上位機(jī)編程上有很大的技術(shù)難點(diǎn)；藍(lán)牙模塊與下位機(jī)的串口通信和與上位機(jī)的無(wú)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(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的供電、主控芯片的供電和藍(lán)牙模塊的供電。

關(guān)鍵技術(shù)有：制定通信協(xié)議；設(shè)計(jì)Android手機(jī)APP；整個(gè)小車的供電系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析

4.1 藍(lán)牙控制小車整體外觀

藍(lán)牙控制智能小車整體實(shí)物圖如圖4所示，圖5為小車的側(cè)視圖。整個(gè)小車有上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，小車控制器部分主要包括直流電機(jī)控制，藍(lán)牙通信，電池供電等。

4.2 系統(tǒng)整體調(diào)試

藍(lán)牙控制智能小車最終實(shí)現(xiàn)的功能有：可以通過(guò)Android手機(jī)客戶端操作界面實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、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(guò)程中通過(guò)手機(jī)客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語(yǔ)音分別控制改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；在超出藍(lán)牙控制范圍時(shí)，小車能夠自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。主要調(diào)試內(nèi)容如下：

（1） 藍(lán)牙通信測(cè)試。用APP按鍵控制小車的前進(jìn)后退，小車可以進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)向操作，證明通信系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，然后測(cè)試重力感應(yīng)[6]和語(yǔ)音控制，小車均正常工作。

[圖4 語(yǔ)音控制 圖5 小車側(cè)視圖]

（2） 小車運(yùn)動(dòng)測(cè)試。當(dāng)小車收到手機(jī)APP發(fā)送的前進(jìn)后退指令后，單片機(jī)會(huì)解析其指令并控制四個(gè)直流電機(jī)做相應(yīng)的“動(dòng)作”?！鞍存I”、重力、語(yǔ)音三種控制方式，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用了一定的技巧，單片機(jī)解析命令時(shí)不需要解析其是三種控制方式的哪一種，只需要解析前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止五個(gè)命令。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)多次反復(fù)調(diào)試和修改代碼，成功實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙小車預(yù)設(shè)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(jī)與下位機(jī)聯(lián)調(diào)的過(guò)程中遇到過(guò)一些麻煩，經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化代碼最終實(shí)現(xiàn)了通信、控制“無(wú)障礙”。方案的意義在于將單片機(jī)電子技術(shù)，藍(lán)牙通信技術(shù)和智能終端設(shè)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(wú)線通信設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值，本方案可推廣到車載藍(lán)牙系統(tǒng)，智能家居等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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