基于太阳能智能蓝牙小车的设计

孔繁云川 王娜

摘 要：伴随着物联网的兴起，Android系统平台以其独有的开放性优势正在为我们提供更多优质便捷的技术成果。该次设计是基于安卓手机蓝牙控制的太阳能智能小车设计，借助手机平台和蓝牙技术，设计和实现了一种无线遥控太阳能供电小车新的解决方案。本次设计是以手机控制平台、蓝牙模块、太阳能供电板、电机驱动模块等硬件模块所组成的遥控小车。实现了小车的前进、后退、前左转弯、前右转弯、后左转弯、后右转弯等实时得控制功能。

关键词：太阳能 蓝牙 避障

中图分类号：TP368 文献识别码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0008-03

1 产品的整体设计

太阳能智能蓝牙小车的整体结构由太阳能供电系统、MCU、电机驱动模块、蓝牙模块、避障模块、复位电路构成，如图1所示。

手机与蓝牙模块互相配对并向单片机发送控制信号，使单片机控制左右两台直流减速电机的正反转以实现小车的前进、后退、左转、右转、停止的功能。蓝牙模块起接受信号的作用，单片机接收到信号以后通过分析传递过来的数据，并跳转到相应的子程序来控制电机驱动，进而实现小车的前进、后退、左转、右转、停止等不同的动作。当小车的前进方向上遇到障碍物时，小车前方的避障模块做出反应，向单片机发送信号，单片机通过分析信号来执行不同指令，通过L298N驱动模块来控制电机是小车对障碍物进行规避，从而实现自动避障功能。

2 蓝牙技术组成

蓝牙，能在包括智能手机、MID、平板、笔记本、无线耳机、无线音箱等移动通信终端设备间无线互联。利用“蓝牙”技术，能够使得各个终端设备之间的连接更简单，也能够使终端设备与网络之间的通信更快捷，使数据传输更高效，拓宽无线通信的道路。蓝牙特点有：采用了分散式网络结构、快跳频和短包技术、支持点对点、点对多点通信、工作在全球通用的2.4 GHz ISM频段。

2.1 蓝牙的基本特点

蓝牙技术利用了短距离、低成本的无线连接替代了传统的电缆连接方式，从而为现存的数据网络和小型外围设备接口提供了统一的连接方式。以下介绍一些它具有的主要的技术性能及特点。

（1）射频特性。

蓝牙设备选用段全球通用的2.4 GHz ISM工作频段，这让蓝牙使用更方便、应用更自由，也使得蓝牙技术在用户交互使用上更容易使用，对用户也更具有粘性。蓝牙2.0或蓝牙3.0设备之间的有效通讯距离大约为10～30 m比较短，现在最先进的蓝牙4.0技术将这一范围拓展到了100 m以上，这一跨越使得。

（2）TDMA结构。

蓝牙数据的传输速率是1 Mb/s，采取数据短包的方式按时隙传送，每时隙0.625μs。

（3）使用跳频技术。

跳频是蓝牙的关键技术之一。对于单时隙包，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；对于多时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时则提高为3200跳/s。这样高的调频速率，使得蓝牙系统拥有相当高的抗干扰性能，且硬件设备简单、性能优越。

（4）蓝牙设备的组网。

蓝牙的组网有点对点、点对多点两种连接方式，在有效通讯范围之中，所有的移动终端通信设备都是平等的，并且遵循统一的工作方式。

（5）软件的层次结构。

蓝牙的通讯协议采用多层次式结构。其底层是各种应用都可以使用的，高层则不同，大体分为两种方式分别是计算机背景、非计算机背景。

2.2 蓝牙模块的选择

蓝牙模块一般分主机和从机，主机能和从机配对通信，而从机与从机之间或者主机与主机之间不能通信，其中从机能和电脑、手机等的蓝牙配对通信，购买时默认为从机。此外，市场上还有一种蓝牙模块是属于主从机一体的。

我在做智能小车控制时，蓝牙模块主要是实现接收从手机端发送过来的指令，所以我们需要的是从机模块。

在该次设计中我们只需实现简单的通信，因此选用HC-06模块。

3 硬件电路的设计

3.1 红外线避障模块

红外线避障模块对环境光线有着较强的适应能力，它具有一对红外线发射与接收管，发射管会发射红外线，当传感器前方遇到反射面时，红外线通过反射面反射回来后被接收管接收，经过比较器电路处理之后，红色指示灯会发光，同时信号输出接口输出数字信号。

该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点。

当模块接收管接收到前方障碍物反射回来的红外线信号时，电路板上红色指示灯发光，同时OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离2～30 cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。

红外模块采用LM393电压比较器，使得检测距离可以被调节，输出为TTL电平，使得单片机编程更加方便。

3.2 蓝牙模块

3.2.1 蓝牙模块HC-06介绍

（1）采用CSR主流蓝牙芯片如图2，蓝牙V2.0协议标准。

（2）核心串口模块工作电压3.3 V。带底板的可以为3.1～6.5 V之间。

（3）波特率为1200，2400，4800，9600， 19200，38400，57600，115200用户可设置。

（4）核心模块尺寸大小为：28 mm×15 mm×2.35 mm。底板尺寸27 mm×47 mm。

（5）电流：配对过程中为50 mA，通信过程中为28 mA。

（6）休眠电流：不休眠。

（7）出厂默认参数：从机，波特率：9600，N，8，1。配对密码：1234。

3.2.2 AT命令集

（1）测试通讯。

发送：AT（返回OK，一秒左右发一次） 返回：OK

（2）修改蓝牙串口波特率。

发送：AT+BAUD1 返回：OK1200 发送：AT+BAUD2 返回：OK2400

1---------1200

2---------2400

3---------4800

4---------9600

5---------19200

6---------38400

7---------57600

8---------115200

9---------230400

A---------460800

B---------921600

C---------1382400

一般情况选用9600的波特率完全可以满足操作需要。

（3）改蓝牙名称。

发送：AT+NAMEname

返回：OKname

参数name：所要设置的当前名称（20个字符以内）。例：发送AT+NAMEbill_gates

返回OKname

这时蓝牙名称改为bill_gates，参数可以掉电保存，只需修改一次。

（4）改蓝牙配对密码。

发送：AT+PINxxxx

返回：OKsetpin

参数xxxx：所要设置的配对密码，4个字节，此命令可用于从机或主机。例：发送AT+PIN2345

返回OKsetpin

这时蓝牙配对密码改为2345，模块在出厂时的默认配对密码是1234。

3.3 太阳能供电系统

该次设计使用较为成熟的薄膜太阳能技术，能将光能有效的转化为电能，通过使用7805稳压管将输出的电压稳定输出在5 V。其提供的电能足以驱动智能小车，使其完成各种动作。

4 软件设计

该次设计应用C语言编程序。此次设计所选用的单片机是STC89C52RC单片机，其C语言语法和结构和标准C语言基本相同，只是有了相应的扩充，用到的编译软件是Keil uVision2。

Keil uVision2软件提供了十分丰富的库函数，以及功能强大的集成开发调试软件。Keil uVision2在使用前一定要先进行注册，否则程序过大会造成编译时出现地址使用错误。在程序编译过程中就遇到过这种问题。单个程序运行时没有错误，但一整合编译后就会出现地址冲突的现象。这个问题困扰了很长一段时间，通过查资料发现若是Keil uVision2软件没有注册的话使用时当程序过大就会出现地址冲突现象。在注册完成后，程序编译能顺利通过。

4.1 上位机控制程序

该设计的功能之一是由手机平台通过蓝牙控制小车的行动。

手机软件通过Eclipse进行开发，程序流程图，如图3所示，基于Android SDK和JAVA开发环境，主要通过手机蓝牙通讯方式，对驱动电机进行控制。开发完成后用Android的模拟器即可进行程序的调试，当调试成功之后，就可以下载到手机上进行运行了。

编译后通过下载至手机安装后，打开可见到如图4界面。

如图4可见四个箭头标志，上下两个箭头标志可以控制小车前进与后退，左右两个箭头标志可以控制小车向左转和向右转。右边的数字键可以用来修改蓝牙的密码。点击蓝牙连接后会出现如图5的界面。

在图5中的LH1234就是我的蓝牙模块，可以看到其已经实现了蓝牙的配对。蓝牙配对成功后我们就可以通过手机完成对智能小车的一系列控制。

4.2 电机控制程序

单片机的I/O的驱动能力不足以驱动电机，因此选择L298N电机驱动模块来实现电机的驱动。单片机通过I/O口的数据来改变L298N驱动的信号输入端的数据，进而可以对电机实现正转、反转、停止的操作控制。

表1所示为输入引脚与输出引脚的逻辑关系。

L298N电机驱动模块性能特点：

（1）可实现电机正反转及调速。

（2）启动性能好，启动转矩大。

（3）工作电压可达到36 V，4 A。

（4）可同时驱动两台直流电机。

（5）适合应用于机器人设计及智能小车的设计。

控制代码：

void GO（void） //直行

{ OUT1=0；

OUT2=1；

OUT3=0；

OUT4=1；}

void Back（void） //后退

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=1；

OUT4=0；}

void TR（void） //右转

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=0；

OUT4=0；}

void STR（void） //右大转

{ OUT1=1；

OUT2=0；

OUT3=0；

OUT4=1；}

void TL（void） //左转

{ OUT1=0；

OUT2=0；

OUT3=1；

OUT4=0；}

void STL（void） //左大转

{ OUT1=0；

OUT2=1；

OUT3=1；

OUT4=0；}

5 结论

该文利用太阳能提供电源，采用稳压电路，使得小车的控制电路及驱动电路平稳运行。使用5个红外距离传感器，采用车头平均分布排列，理论上可以防止小车的碰撞，从测试结果来看，只能车能较为准确的避开障碍物，能独立使用太阳能运行，蓝牙控制较为可靠，因此，该文的设计方案可靠性较高，运行稳定，达到了设计要求。

参考文献

[1] 孙颖.基于路径规划的智能小车控制系统研究[D].青岛大学博硕论文，2006.

[2] 张丽君.无线网络技术—— 蓝牙[J].光电技术应用，2003（5）：55-58.

[3] 赵亮.跟我学51单片机（一）[J].电子制作，2011.

[4] 李森，陶梦江，赵继聪.51单片机的入门及简单应用[J].科技与生活，2010（7）：13.

[5] 雷红淼，程耀瑜.基于L298N的直流电机驱动电路优化设计[J].数字技术与应用，2012（2）：118.

[6] 张毅刚，彭喜元，彭宇，著.单片机原理及应用[M].2版.高等教育出版社，2010.