基于手机蓝牙的智能小车控制系统设计

吴伯彪，郭禧斌

（郑州科技学院，河南郑州450064）

基于手机蓝牙的智能小车控制系统设计

吴伯彪，郭禧斌

（郑州科技学院，河南郑州450064）

设计了一种通过手机蓝牙实现对小车控制的系统。该系统通过蓝牙模块HC－06与智能手机建立蓝牙通信，以STC89C52作为主控芯片，接收蓝牙模块传送的信号并进行处理，通过L298N电机驱动模块，使单片机控制信号驱动两个电机运转。在Android手机上开发应用软件，通过设计的按钮实现对车的启动、转向等控制。

蓝牙通讯；控制系统；电机驱动；单片机；硬件电路；软件设计；系统调试

0 引言

随着科学技术的不断进步，无线控制技术的发展已经遍及电子、移动互联网、可穿戴设备、航空领域。无线控制系统有红外、射频以及蓝牙技术等，其中，蓝牙技术被广泛应用［1］。蓝牙是一种无线个人局域网。利用蓝牙技术能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信。

安卓（android）系统是一个以Linux为基础的半开源操作系统，主要应用于便携设备。它凭借可操作性强和开放性的优势，迅速成为智能手机的主流操作平台。笔者以装有安卓系统的智能手机为终端，基于蓝牙技术，设计了一种小车控制系统。该系统通过蓝牙通信传输控制指令给单片机，再利用电机驱动实现小车前行、倒退、左转、右转和停止等功能。

1 系统的总体设计

1.1 系统组成

本控制系统主要由单片机模块、电源模块、蓝牙模块、电机驱动模块和手机遥控平台等组成。

1.2 系统工作原理

装有安卓系统的智能手机通过手机蓝牙将控制命令发送给车载蓝牙，车载蓝牙把信号传输给单片机进行处理，单片机根据传递过来的指令运行不同的子程序，控制电机驱动，实现对小车前进、后退、右转、左转、停止的实时控制。手机蓝牙控制的智能小车系统总体组成框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图Fig.1 General design of system

2 系统硬件电路设计

2.1 电源模块设计

本系统需要对单片机、车载蓝牙模块和电机驱动模块进行供电。电机驱动模块需要9 V电源供电，单片机和车载蓝牙模块需要5 V的恒压电源供电。系统选用了LM7805集成稳压芯片，其有一系列固定的电压输出，故应用广泛。LM7805集成稳压芯片还可以将系统所需的9 V输入电压转换成5V的电压恒定输出。因此，在不需要更换电池的情况下，使系统更加稳定安全。

2.2 电机驱动模块

本设计依靠2个电机驱动小车的2个车轮。在小车行进过程中，通过控制与调整车轮的速度和旋转方向实现小车的不同行进状态。系统采用L298N作为直流电机驱动，其电路如图2所示。该芯片用于控制直流电动机等感性负载，内部包含8通道逻辑驱动电路，其采用标准逻辑电平信号来控制电机，具有较低的饱和压降以及过热保护。同时，它可产生的稳定输出电压，抗干扰能力强［2］。

图2 电机驱动电路Fig.2 M otor drive circuit

该电机驱动电路通过单片机的I／O输入改变芯片控制端的电平，单片机通过I／O口输出TTL电平为电机驱动芯片IN1～IN2提供信号，即可以对电机进行正转、反转、停止等操作。

2.3 车载蓝牙模块

本系统车载蓝牙采用HC－06蓝牙模块。它在具有无线蓝牙通信功能的设备中使用比较广泛［3］。HC-06蓝牙模块分主机和从机，主机能与从机配对通信，从机能与手机蓝牙配对通信。该模块工作电压为3.3V，可实现在10m范围内的无线通信。HC－06蓝牙模块芯片共有VCC、GND、RXD、TXD 4个引脚，可以很方便地实现与手机等具有蓝牙的设备进行无缝连接。STC89C52通过串口与蓝牙模块HC－06连接，接收手机蓝牙发送的控制命令。HC－06工作原理图如图3所示：

图3 HC－06蓝牙模块芯片电路图Fig.3 HC-06 b luetooth module chip circuit

2.4 APP软件模块

在安卓系统应用商店中寻找合适的蓝牙串口软件。本系统采用的软件为蓝牙串口SPP软件。因为软件涉及对不同设备的兼容问题，所以，对该软件的不同版本进行了比对。由于所选用手机为安卓2.1版本，因此，采用蓝牙串口SPP5.3.3较为稳定。将不同指令设置到资料所提供的APP软件中进行配置，如表1所示。

表1 指令配置表Tab.1 Instruction configuration

3 系统软件设计

主程序的功能主要是检测蓝牙设备是否工作正常、设置蓝牙与下位机连接以及手机各功能按键的实现等。功能按钮是由前进、后退、左转、右转、停止等模块组成。

根据指令按键的配置，手机向外发送指令信号。该信号被车载蓝牙模块HC－06接收，并通过串口通信发送给单片机。单片机根据获得的信号控制电机转向以及转速，进而实现对小车前进、后退、右转、左转、停止的实时控制。蓝牙控制程序流程如图4所示。

图4 蓝牙控制程序流程图Fig.4 Bluetooth control program flow

4 系统调试

系统调试包括以下内容：（1）检查各个模块之间，电机驱动与电机之间的连接是否正确。若都没有出错，打开提供给各个模块的5 V电源和提供给电机的9V电源。此时，最小系统模块指示灯点亮，表示单片机供电正常；蓝牙模块指示灯开始闪烁，表示蓝牙模块也供电正常。（2）打开安卓手机界面，自动搜索蓝牙芯片的地址，并进行连接。当蓝牙芯片的指示灯有闪烁转变为常亮以后，表示蓝牙配对连接成功。（3）在手机端的界面上点击前进、后退、左转、右转按钮，查看小车的动向。当在手机端的界面上点击前进、后退、左转、右转按钮时，蓝牙模块能接受手机端发送的字符相应字母的ASCII码值，并且能够通过串口相应的传递给单片机，单片机通过分析串口传过来的数据，改变P2口的值来控制电机驱动的输入端IN1、IN2、IN3、1N4。整体系统调试如图5所示。

图5 智能小车上电调试图Fig.5 Intelligent car electric debugging

5 结语

本文设计的基于手机蓝牙的智能小车控制系统通过Android手机上的APP应用程序的按键模式实现了小车的前行、倒退、左转、右转和停止等功能，达到了预期目的。该思想将手机变身为遥控器，为人们的生活带来无限方便，也可为其他智能设备控制提供参考。

［1］李侠，沈峰.基于安卓系统的低功耗蓝牙应用程序开发［J］.重庆科技学院学报.2014，16（5）：133－136.

［2］张天鹏，徐磊.L298N控制直流电机正反转［J］.工业设计.2011（3）：98－99.

［3］谈敏，刘高平.基于手机蓝牙接口的小车遥控系统［J］.浙江万里学院学报.2012，25（4）：77－80.

[责任编辑 胡修池]

TP872

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.014

2016-05-31

吴伯彪（1988-），男，河南郑州人，助教，主要从事控制理论与控制工程专业的教学与研究工作。