楊敏

一、引言

隨著科技的發(fā)展進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，智能手機(jī)正在飛速發(fā)展。手機(jī)已成為人民生活中的依賴品，它集通信、生活、娛樂于一體，給生活帶來極大的方便，一機(jī)在手，萬物盡在掌握之中。為結(jié)合科技與教學(xué)，激發(fā)學(xué)生課堂上的興趣，本文就手機(jī)APP藍(lán)牙控制智能小車實例介紹，通過借助手機(jī)APP平臺，運(yùn)用藍(lán)牙技術(shù)，實現(xiàn)用手機(jī)對小車實時遙控完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等動作，生動形象，有利于促使學(xué)生對科技與生活結(jié)合的理解，同時也為生活上的遙控玩具和智能家居的制作提供新的路徑。

二、系統(tǒng)設(shè)計

（一）設(shè)計總思路

本設(shè)計的小車系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，以手機(jī)APP屏幕界面的按鈕遙控小車的轉(zhuǎn)動，中間采用藍(lán)牙技術(shù)作為客服端發(fā)送接收數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)HC-05為藍(lán)牙接收模塊接收到的數(shù)據(jù)信號指令進(jìn)行分析處理，輸出對應(yīng)的指令信號，再由L298驅(qū)動電路相應(yīng)的小車電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等動作，同時顯示電路顯示對應(yīng)用的動作碼。電源提供給單片機(jī)5V直流電，L298需要從外部接兩個電壓，分給電機(jī)和L298芯片。設(shè)計總電路結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

（二）設(shè)計功能

本系統(tǒng)能自行設(shè)計手機(jī)APP，并能借助藍(lán)牙技術(shù)傳輸命令，通過手機(jī)APP的控件控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等動作，實現(xiàn)了手機(jī)APP與單片機(jī)通過藍(lán)牙技術(shù)實現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合，操作簡便有趣。

三、硬件設(shè)計

（一）單片機(jī)及電機(jī)主電路

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為主控單元，STC89C52單片機(jī)是一種8K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器的微處理器，具有高速、電壓低、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點的單片機(jī)，簡單、廉價、實用。整個小車系統(tǒng)采用了4輪驅(qū)動，使用L298N芯片電機(jī)驅(qū)動模塊實現(xiàn)對左右兩組電機(jī)的實時驅(qū)動控制；L298N驅(qū)動模塊采用ST公司原裝全新的L298N芯片，具有工藝、穩(wěn)定性高的特點，其控制端口共有六個，通過與單片機(jī)的I/O連接，將接收單片機(jī)I/O口的高低電平信號即可驅(qū)動控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)以及停止的操作。外圍電路還采用了兩組由4個二極管組成的橋式整流電路，保證輸出穩(wěn)定的控制電機(jī)的電壓。主電路如圖2所示。

（二）藍(lán)牙模塊

本小車系統(tǒng)的藍(lán)牙模塊采用是HC-05芯片集成模塊，如圖3所示左圖藍(lán)牙接口和右圖HC-05藍(lán)牙模塊。HC-05芯片里已經(jīng)封裝帶有藍(lán)牙協(xié)議，我們在使用時只需通過串口連接就能實現(xiàn)手機(jī)與51單片機(jī)的無線通信。該藍(lán)牙模塊有6個引腳，包括VCC、GND、TXD、RXD，藍(lán)牙模塊的引腳TXD與RXD分別與單片機(jī)的RXD與TXD引腳相連接， VCC和GND分別接電源和地給模塊進(jìn)行供電，控制信號通過RXD與TXD數(shù)據(jù)無線傳輸，手機(jī)與藍(lán)牙模塊配對連接就可以實現(xiàn)對小車的無線控制。該模塊供電電壓范圍寬為3.3V～5.5V，寬波特率范圍4800～1382400，并且模塊兼容5V/3.3V單片機(jī)系統(tǒng)，具有成本低，兼容性好，功耗低等優(yōu)點。

（三）顯示電路

為能較好地判斷出小車工作的狀態(tài)，本電路加入顯示電路，采用七段數(shù)碼管顯示。該電路主要用來顯示電機(jī)控制的顯示碼，根據(jù)顯示碼就能對應(yīng)知道小車正在運(yùn)行的狀態(tài)。顯示電路如圖4所示。小車運(yùn)行狀態(tài)與顯示代碼對應(yīng)表如表2所示。

四、軟件設(shè)計

（一）手機(jī)藍(lán)牙APP開發(fā)軟件

本設(shè)計采用的手機(jī)APP開發(fā)軟件為廣州市教育信息中心開發(fā)的APP INVENTOR 公共平臺。該系統(tǒng)平臺屬免費開放平臺，只要打開網(wǎng)址http：//app.gzjkw.net/login/進(jìn)行注冊申請帳號或使用QQ帳號即可登陸使用，該平臺編程采用的是積木式程序開發(fā)編程，可任意開發(fā)各種手機(jī)APP程序，簡單易用。平臺上APP的操作主要分組件設(shè)計和邏輯設(shè)計二部分，組件設(shè)計主要是對用戶界面的控件（如按鈕等）的布局設(shè)計，而邏輯設(shè)計是對控件添加上邏輯功能，然后通過客戶端（如藍(lán)牙）進(jìn)行傳送控制信息數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對小車的控制操作。最后組件設(shè)計和邏輯設(shè)計完成后，再點擊打包APK生成手機(jī)APP二維碼。生成的二維碼就可以下載保存到電腦，或手機(jī)直接安裝。手機(jī)安裝好后，就可以進(jìn)入控制界面，系統(tǒng)用戶登陸界面如圖5所示。

（1）該系統(tǒng)的客戶端開發(fā)主要涉及到客戶端界面的設(shè)計和邏輯功能代碼的設(shè)計，本小車系統(tǒng)的設(shè)計組件如圖6所示。

（2）邏輯設(shè)計如圖7所示。

（二）單片機(jī)程序

本小車系統(tǒng)設(shè)計的主程序主要是由單片機(jī)的控制實現(xiàn)的，由手機(jī)藍(lán)牙向藍(lán)牙模塊發(fā)送控制指令信息，單片機(jī)通過讀取藍(lán)牙模塊輸入的控制信息進(jìn)行存儲和分析，分析完畢后，向驅(qū)動電機(jī)模塊發(fā)出控制指令，來實現(xiàn)控制電機(jī)驅(qū)動，控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等動作。這個過程，先由單片機(jī)進(jìn)行初始化，單片機(jī)不斷對HC-05藍(lán)牙模塊的串口讀取數(shù)據(jù)信息，如果串口 圖8有數(shù)據(jù)指令發(fā)送，那就單片機(jī)將串口的數(shù)據(jù)讀出，并對讀出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，再向驅(qū)動模塊輸出對應(yīng)的小車動作指令，以驅(qū)動小車運(yùn)行。如果讀得的數(shù)據(jù)信息為0x31、0x32、0x33、0x34、0x35，那么對應(yīng)的小車的運(yùn)行狀態(tài)分別為前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止。

（1）流程圖如圖8所示。

（2）小車控制系統(tǒng)單片機(jī)程序如下：

#include

sbit P12=P1^2；

sbit P13=P1^3；

sbit P14=P1^4；

sbit P15=P1^5；

void delays（unsigned int k）

{

unsigned int i，j；

for（i=0；i

for（j=0；j<120；j++）； //1ms@sTc 11.0592

}

void UartInit（void） //9600bps@11.0592MHz

{

EA=1；

ES=1；

PCON |= 0x80；//使能波特率倍速位SMOD

SCON = 0x50；//8位數(shù)據(jù)，可變波特率

TMOD &= 0x0F；//清除定時器1模式位

TMOD |= 0x20；//設(shè)定定時器1為8位自動重裝方式

TL1 = 0xFA；//設(shè)定定時初值

TH1 = 0xFA；//設(shè)定定時器重裝值

ET1 = 0；//禁止定時器1中斷

TR1 = 1；//啟動定時器1

}

unsigned char ch；

void serilas（） interrupt 4

{

if（RI==1）

{

RI=0；

ch=SBUF；

SBUF=ch；

while（TI==0）；

TI=0；

}

}

void main（）

{

UartInit（）；

while（1）

{

if（ch==0x31）

{P0=0x9f；P12=1；P13=0；P14=1；P15=0；} //前進(jìn)

if（ch==0x32）

{P0=0x25；P12=0；P13=1；P14=0；P15=1；} //后退

if（ch==0x33）

{P0=0x0d； P12=0；P13=1；P14=1；P15=0；delays（500）；P13=0；P14=0；} //左轉(zhuǎn)

if（ch==0x34）

{P0=0x99；P12=1；P13=0；P14=0；P15=1；delays（500）；P12=0；P15=0；} //右轉(zhuǎn)

if（ch==0x35）

{P0=0x49；P12=0；P13=0；P14=0；P15=0；} //停止

}

}

五、系統(tǒng)調(diào)試

（一）手機(jī)APP控件安裝

通過手機(jī)掃描APP二維碼，下載控制模塊App并安裝安裝完畢后，手機(jī)的控制界面圖如圖9所示：

（二）下載單片機(jī)程序并調(diào)試

采用Keil編寫輸入C程序，編譯運(yùn)行通過后，生成HEX文件，再通過USB下載口把HEX文件下載到單片機(jī)中，上電后即可以進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試程序如下：首先打開手機(jī)APP的小車系統(tǒng)控制界面，點擊藍(lán)牙選擇按鈕，選擇與小車HC-05的藍(lán)牙進(jìn)行配對，配對成功后，就可以按手機(jī)上的控制小車的動作按鈕，手機(jī)通過藍(lán)牙將動作按鈕對應(yīng)用的控制信息數(shù)據(jù)發(fā)送到小車藍(lán)牙上，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)信息并根據(jù)信息發(fā)出控制小車的信號，由驅(qū)動電路驅(qū)動控制小車電機(jī)的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能動作；同時數(shù)碼管也顯示出小車對應(yīng)的動作代碼。例如：按下手機(jī)上的前進(jìn)按鈕，小車四輪正轉(zhuǎn)進(jìn)行前進(jìn)動作，數(shù)碼管上顯示數(shù)字“1”。

（1）藍(lán)牙配對

打開手機(jī)藍(lán)牙，再打開手機(jī)控制小車APP，點擊藍(lán)牙選擇按扭，選擇HC-05藍(lán)牙，選擇成功如圖10所示：

（2）實物調(diào)試如圖11所示左圖為小車前進(jìn)圖，右圖為小車停止圖，此實物圖是建立在整個小車成品系統(tǒng)上調(diào)試的，單獨也可以調(diào)試。

六、結(jié)束語

本設(shè)計系統(tǒng)主要是實現(xiàn)了目前流行的手機(jī)對小車的無線控制，雖然整個系統(tǒng)功能還不夠完美，還可以增加路障檢測等功能來完善。但是無線控制的功能已經(jīng)是實現(xiàn)的，實用性較強(qiáng)，可以為廣大教師單片機(jī)課程趣味性提供一個實例，也可以為智能化和無線控制技術(shù)的研發(fā)提供一個新方法和思路。同時在撰寫論文及調(diào)試的過程中，大大地擴(kuò)寬了筆者的知識面，反復(fù)的調(diào)試過程中，也鍛煉提高了筆者的分析問題和解決問題的能力。endprint