趙義龍　劉劍　侯靜　張童　李浩

摘要：智能手機以其獨有的特點正為人們提供越來越多的技術成果。本文設計了一種基于智能手機控制的網(wǎng)球撿球機，-首先闡述了基于智能手機控制的網(wǎng)球撿球機要實現(xiàn)的功能，然后介紹了該撿球機的設計原理，包括系統(tǒng)方案設計、硬件電路設計、軟件開發(fā)設計。在撿球過程中，撿球機可以獨立完成撿球信號的接收、網(wǎng)球的識別、拾取網(wǎng)球等一系列動作。使用手機控制的撿球機系統(tǒng)具有低成本、使用靈活的優(yōu)點，能實現(xiàn)網(wǎng)球撿球過程的智能化、高效化。

關鍵詞：智能手機；撿球機；藍牙通信；遠程控制

1.網(wǎng)球撿球機的發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外已有的網(wǎng)球撿球機大約有四類：第一類是手推式的撿球機，需要靠人推著車去撿球，無智能裝置區(qū)。第二類是電動控制的撿球機，需要靠人操控完成撿球，無智能裝置。第三類是自動控制的撿球車，每次只能撿一個球，且沒有避人避障等一些基本的控制，僅限用于實驗，智能性較差。第四類是基于上位機結合場地攝像頭采集圖像的總體控制方案，其控制方式僅適用于大規(guī)模的網(wǎng)球場，而且系統(tǒng)控制方式復雜，成本較高，不易攜帶。

當前網(wǎng)球撿球工具體積大且自動化程度低，比較笨拙。浪費運動員體能，不方便打球，需要人工操作，與智能化撿球機相比消耗更多的時間與體力。而且造價高，一般網(wǎng)球場很難購買，因此，它的適用范圍小，普及度低。

為了網(wǎng)球撿球機的功能更加智能化、人性化，我們研制了一種撿球拾取過程的方便、快捷的基于智能手機控制的網(wǎng)球撿球機。基于智能手機控制的網(wǎng)球撿球機由手機藍牙控制平臺、藍牙HC-06通信模塊、網(wǎng)球識別模塊、運動系統(tǒng)、撿球系統(tǒng)和控制器組成，撿球機在接收手機控制平臺發(fā)出的撿球命令后，靈活識別場地上的網(wǎng)球，進而拾取網(wǎng)球。

2.網(wǎng)球撿球機控制系統(tǒng)的設計原理

2.1系統(tǒng)方案設計

基于智能手機控制的網(wǎng)球撿球機由智能手機藍牙控制平臺、藍牙HC-06通信模塊、網(wǎng)球識別模塊、運動系統(tǒng)、撿球系統(tǒng)和控制器組成。智能手機的藍牙控制平臺作為客戶端，撿球機上的藍牙模塊HC-06作為服務端，服務端采用AT89C51單片機進行控制，雙方通過串口進行通信，單片機通過控制撿球機的運動系統(tǒng)、撿球系統(tǒng)以完成相應的撿球功能。

網(wǎng)球撿球機以AT89C51單片機為核心，外圍電路包括電機驅(qū)動電路，撿球系統(tǒng)驅(qū)動電路，網(wǎng)球識別模塊，藍牙HC-06模塊。撿球機上的網(wǎng)球識別系統(tǒng)能快速搜尋網(wǎng)球，單片機控制行走電動機、撿球電動機的動作以拾取網(wǎng)球。當運動員需要撿球時，只需打開手機藍牙控制平臺，發(fā)出撿球命令，此時手機藍牙就與網(wǎng)球撿球機上的藍牙模塊建立通信，將撿球命令發(fā)送給撿球機，撿球機得到命令后，通過智能識別系統(tǒng)快速找到網(wǎng)球的位置，撿球機運動到其位置將網(wǎng)球拾取。

2.2系統(tǒng)硬件電路設計

該撿球機控制系統(tǒng)的硬件電路分為五個部分：單片機最小系統(tǒng)、網(wǎng)球識別模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、，其中AT89C51單片機最小系統(tǒng)是撿球機控制器的核心部分，網(wǎng)球識別模塊的原理類似于圖像處理系統(tǒng)，首先我們把網(wǎng)球的圖片信息輸入網(wǎng)球識別模塊系統(tǒng)中，優(yōu)化網(wǎng)球識別算法，使網(wǎng)球識別系統(tǒng)能在復雜、多變的環(huán)境中識別出網(wǎng)球的位置，確保撿球機在不同的環(huán)境下都能拾取網(wǎng)球。電源模塊由兩部分組成，一部分接外部電源，用于供電機驅(qū)動模塊運行，另一部分由電池電源供電，以確保單片機最小系統(tǒng)、網(wǎng)球識別模塊、藍牙HC-06模塊的正常工作。電機驅(qū)動模塊需要兩個部分，一部分是對電機行走系統(tǒng)的控制，即對撿球機4個輪子的運行狀態(tài)的控制，包括輪子的進退、轉向方向和速度的控制；另一部分是控制撿球機的撿球機構動作，包括撿球機構對網(wǎng)球的抓取、釋放、各種角度動作的調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)結構如圖2所示。

2.2.1單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)主要由電源、復位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成，是單片機能正常工作并能實現(xiàn)所要的控制要求的基本組成部分。對于51系列的單片機來說，最小系統(tǒng)一般包括：單片機、晶振電路、復位電路。單片機最小系統(tǒng)如圖3所示?，F(xiàn)今市面上的單片機的類型有很多，51結構的單片機有AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列或STC系列的所有單片機都可實現(xiàn)控制電機驅(qū)動。

2.2.2藍牙HC-06模塊

撿球機上的藍牙模塊選擇HC-06模塊，用于接受手機平臺發(fā)出的撿球命令，把撿球信號傳遞給控制器從而使撿球機完成相應的動作。藍牙HC-06模塊芯片共有VCC、GND、RXD、TXD 4個引腳，可以對單片機無線升級和下載程序。它的主要作用是通過串口與AT89C51進行通信，傳遞智能手機藍牙開發(fā)平臺發(fā)出的撿球命令，直接打開手機藍牙開發(fā)平臺，點擊撿球按鈕，便通過與藍牙模塊的信息連接配對成功后，實現(xiàn)遠程控制撿球機拾取網(wǎng)球的功能。

2.2.3電機驅(qū)動模塊

該電機驅(qū)動模塊包括5個電動機，其中4臺電動機控制4個輪子的行走，1臺電動機控制撿球機構的動作。電機驅(qū)動模塊采用L298N電機，該電機由于其工作電壓高、輸出電流大、電路簡單的特點，可以實現(xiàn)控制兩個電機結構的要求，一個是控制電機行走系統(tǒng)，即對撿球機4個輪子的運行狀態(tài)的控制，包括輪子的進退、轉向方向和速度的控制；另一個是控制撿球機的撿球機構動作，包括撿球機構對網(wǎng)球的抓取、釋放、各種角度動作的調(diào)整。

2.3系統(tǒng)的軟件設計

2.3.1控制系統(tǒng)主程序設計

主程序的設計是為了單片機能對藍牙HC-06模塊接收到的來自手機藍牙平臺發(fā)出的撿球命令進行分析判斷，從而來控制電機驅(qū)動模塊的動作，從而實現(xiàn)智能撿球機的自動撿球功能。實現(xiàn)單片機對藍牙HC-06模塊存儲的命令進行判斷分析，控制電機驅(qū)動系統(tǒng)的運行，從而控制撿球機的撿球動作。

2.3.2手機控制平臺程序設計

為了實現(xiàn)智能手機控制網(wǎng)球機撿球的功能，手機藍牙控制采用Eclipse開發(fā)環(huán)境，主要是對手機藍牙輸入的撿球命令進行分析，與撿球機上的藍牙HC-06模塊建立通信，該程序分為2個模塊：平臺界面模塊，平臺監(jiān)控模塊。使用者通過點擊“平臺界面”里的撿球命令按鈕，在命令成功錄入后，存人相應的數(shù)據(jù)庫，為撿球命令判斷做好前期準備，之后平臺監(jiān)控模塊與藍牙HC-06模塊、網(wǎng)球識別模塊建立通信，網(wǎng)球識別模塊檢測到球場有網(wǎng)球散落，藍牙HC-06模塊立刻通過串口與AT89C51進行通信，傳遞智能手機藍牙發(fā)出的撿球命令，繼而使撿球機構拾取網(wǎng)球。

4.結論

本文是一種應用于各類網(wǎng)球場的智能網(wǎng)球撿球機。它具有一定的智能性，高效性通過其網(wǎng)球識別模塊的識別功能，能夠自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)球，另外還具有手機控制撿球的功能，不需要人過多的參與，只要利用智能手機，就能完成撿球信號的接收、網(wǎng)球的識別、拾取網(wǎng)球等一系列動作，實現(xiàn)了網(wǎng)球撿球過程的智能化、高效化。