基于蓝牙的温室物料运输小车控制系统设计

梁 鑫，祝铠甲，刘 利

(西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100)

1 引言

目前，温室物料转移环节，主要依靠人力，劳动强度大，自动化程度低[1,2]。针对此问题，国内外普遍采用轨道式运输车，然而大多数设施温室空间狭小，布线困难[3]，且具有农业盲区，无法实现轨道的铺设。本文提出一种基于蓝牙的温室物料运输小车控制系统，利用蓝牙这种可靠性强、功耗低、抗干扰能力强的无线传输技术，控制物料运输小车的运动，达到方便灵活、省力高效的目的[4,5,6]。

2 系统整体设计

根据温室物料运输小车的目标功能，设计控制系统包括主机部分和从机部分[6,7]。主机部分包括手机APP以及蓝牙模块，从机部分包括单片机最小系统、从机蓝牙模块以及电机驱动模块。物料运输小车控制系统的设计示意如图1所示。系统可通过APP界面控制，手机发送透传信号，从机蓝牙模块接收信号并将数据发送至单片机，单片机系统进行数据处理后，发出信号控制电机驱动模块，使小车实现前进、后退、左转、右转以及停止的功能。

3 电路设计

主控芯片选用STC89C52RC单片机，单片机最小系统包括上电复位开关和外部晶振。其中，P0连接上拉电阻，P1连接电机驱动模块，P2和P3连接蓝牙模块。VCC和VSS引脚分别连接+5V和地。

以L298芯片为何核心，设计电机驱动模块。其中，VS接驱动电压，选用AMS11设计稳压电路，其中，发光二极管D1显示电源状态，C1～C4进行稳压滤波。二极管D2～D9作用为稳定控制PWM波的输出电压，精确控制电机转速。电机驱动模块电路如图2所示。由于一个L298芯片可控制两个电机驱动，故本文选用两个L298模块控制四轮小车，其N1～N4口均与单片机的P1口连接。

图1 控制系统设计示意

选用CC2540设计蓝牙模块，其电路设计包括天线设计、外部电路设计以及单片机连接设计。参考TI的官方天线标准，结合目标功能，设计模块的天线电路如图3所示，天线接收端接地进行滤波，保证信号的稳定性。外部电路设计中相应引脚接地和电源，AVDD1～AVDD6口连接模拟电压信号，选用LC电路进行稳压滤波。

蓝牙模块的单片机连接设计，有两种方案。方案一是用CC2540的GPIO口中P0.7、P0.6和P0.5分别与单片机的P2.7、P2.6和P2.5连接，用于传输数字信号，其中P0.7为使能控制位，控制小车的停动。方案二是利用UART串口的数据透传功能，实现操作指令传输。CC2540的P0.2和P0.3，分别与单片机的P3.0和P3.1连接，作为UART串口的RX和TX，进行数据透传。本设计中，上述两种方法均可实现。

小车结构包括4个车轮，4个直流电机，小车车身底板以及单片机主控板、电机驱动模块。主控板发送控制信号给电机驱动模块，控制电机转动，实现每个车轮

图2 电机驱动模块电路

图3 天线设计电路

转动，最终实现小车运动。小车基本运动功能实现的真值表，如表1所示。

表1 小车基本动作实现真值表

4 软件设计

蓝牙协议栈设计，包括串口程序设计、数据回调设计、数据透传设计。蓝牙模块和单片机连接的两种方案中，方案一的初始化函数，包括定义3个供小车运动信号传输的GPIO口，设置具体端口数据传输的方向，以及设置端口功能选择为外设或GPIO口。当从机接收数据时，先将由链路层转换的十六进制数转化为char型，再调用包含数据处理程序的回调函数。方案二的主要环节，是实现蓝牙的数据透传功能。数据透传包括主机透传从机和从机透传主机，因本文选用的主机为安装APP的安卓手机，其自带主机透传从机协议，故这里将不再考虑，只需开发从机透传主机协议。定义透传初始化的数据串口头文件，包括设置端口P0.2和P0.3为UART串口的RX和TX，以及设置波特率为单片机最佳串口波特率9600。定义进行数据透传的串口写入函数，包括具体设置串口位置、数据和长度。其中UART串口将数据转换为十六进制进行传输。当从机接收串口数据时，调用回调函数，其作用与方案一相同。此外，利用数据透传功能同样可以实现方案一的设计。

APP程序设计选用Android系统为运行平台，采用Windows7 64bit旗舰版为开发环境， eclipse为开发软件，以及java为开发语言。APP主程序中包括蓝牙调用函数，串口传输函数，回调函数，界面函数等子函数。实现功能为调用手机蓝牙作为主机模块，扫描从机模块，建立连接，并通过模拟串口传递数据。程序设计流程如图4所示。

单片机程序设计流程，如图5所示，方案一和方案二的设计，均可通过该程序实现。串口初始化函数设置串口的比特率为9600，保证单片机与蓝牙模块串口保持良好通讯。蓝牙传输程序初始化函数设置P1口全部为低电平，即电机初始状态为静止。当单片机接收到蓝牙模块传输的数据时，将数据存放于SBUF缓存中，RI自动置1，将缓存区的数据存于char型变量kumo中，用于主程序调用处理。若无数据传输，单片机继续等待。

图4 APP程序设计流程

图5 单片机程序设计流程

本文设计的基于蓝牙的温室物料运输小车控制系统，调试过程，如图6所示，用户界面包括动作按钮，扫描从机按钮，蓝牙设备连接按钮等命令开发按钮。

图6 基于蓝牙的农业温室物料转移运动控制系统

5 结语

本文设计的基于蓝牙的温室物料运输小车控制系统，可以通过手机APP和蓝牙模块，无线控制单片机，驱动电机运转，最终达到无线控制小车运动方向的目的。系统操作简单，灵活方便，使温室物料运输环节更加智能化，解放人力。但在实际调试中，单片机的反馈数据传到主机手机上与预定数据有一定误差，且系统的功能多样性不足，这些缺点将在后续的研究中加以改进。