基于蓝牙控制技术的智能小车控制系统设计

温芮，陈锦鸿，王丽

(华南理工大学广州学院，广东广州 510800)

0 引言

蓝牙作为一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备间的短距离数据交换。当今汽车车载蓝牙应用范围越来越广，移动智能手机也给人类的生活带来了便利。设计基于蓝牙控制技术的智能小车控制系统，可为车载蓝牙与手机相结合的设计提供新的设计思维与方法，也为汽车无线远程控制的设计提供参考。

1 总体设计方案

此设计以安卓手机作为控制端，以STC89C52单片机为蓝牙信号接收控制核心。首先需要在安卓手机端安装蓝牙APP，利用APP作为平台发送蓝牙数据，智能小车端的蓝牙模块把接收的数据通过单片机串口把数据传给STC89C52单片机，单片机处理判断后作出反应，如此实现对智能小车的蓝牙控制。智能小车主要实现以下功能：

(1)具有智能循迹，在简单环境中实现自动避障功能；

(2)具有手机APP蓝牙控制功能的智能小车，可通过手机操作界面实现小车的前进、后退、右转弯、左转弯等功能。

智能小车控制系统总体设计框图如图1所示。

主要工作原理为：装有蓝牙APP的安卓手机将控制命令发送给智能小车蓝牙模块，蓝牙模块把信号传输给单片机进行处理，单片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。

图1 总体设计框图

2 智能小车模块设计

2.1 微处理器 STC89C52

设计的控制系统采用STC89C52芯片，是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，结构简单便于输入与输出，共有40个引脚，与STC89C51相比多了一个中断源和定时计数器。该单片机具有读取和采集小车数据的功能, 根据采集的信号进行控制并针对小车的转速、转向和障碍进行避障等控制。设计中，驱动模块运用了P1.2-P1.7串口；超声波模块运用了P2.0、P2.1串口；避障与循迹模块运用了P3.2、P3.3、P3.4、P3.5串口；蓝牙模块运用了P3.0、P3.1串口，具体如图2所示。

图2 开发板原理

2.2 电源模块

设计中采用2节3.7 V可充锂电池直接供电，由于小车各模块需要5 V的恒压电源供电，通过LM7805降压IC把电池降压输出5 V；而电机驱动电流较大，在设计过程中由驱动模块L293D驱动芯片电池直接供电，可用PWM调整电机转速。

2.3 驱动模块

设计中采用L293D驱动芯片，它是一款双桥驱动芯片，可同时驱动两路直流电机或一路步进电机，输出电流可达600 mA，峰值输出电流可达1.2 A，内部自带ESD保护，模块工作电压5 V，电机的驱动电压范围为4.5～36 V，接线柱输出，方便连接电机。小车通过开发板输出控制信号给L293D，由L293D驱动左右两个减速马达正转或反转来实现小车的前进、后退、左转、右转的实时动作。驱动模块原理如图3所示。

图3 驱动模块原理

2.4 避障模块

设计中采用超声波避障和红外避障传感器共同完成避障。采用前置超声波探头可以测0.2～5 m范围内是否存在障碍物，超声波发射超声波，如果遇到障碍物，超声波反射回来，发射波被超声波回收装置接收后会产生一个电信号然后被转化为高、低电平信号反馈给单片机，高电平则说明遇到了障碍物，根据反馈信号自动完成避障。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340 m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=340t/2 。超声波原理图如图4所示。

图4 超声波原理

红外避障传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当传感器的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过运算放大器的反向放大，信号输出由默认的高电平变为低电平。发光二极管产生了电压差，所以信号指示灯亮，认定前方有障碍，同时信号输出给单片机，单片机根据电平的变化控制电机工作实现避障。红外接收原理图如图5所示。

图5 红外接收原理

2.5 循迹模块

此设计采用红外循迹传感器，当检测到障碍物时，立即避开行驶。黑线的检测原理是红外发射管发射光线到路面，红外光遇到白底则被反射，接收管接收到反射光，经施密特触发器整形后输出低电平；当红外光遇到黑线时则被吸收，接收管没有接收到反射光，经施密特触发器整形后输出高电平。产生的信号输出给单片机，单片机根据电平的变化控制电机工作实现避障。红外避障与循迹反馈模块原理如图6所示。

图6 红外避障与循迹反馈模块原理

2.6 蓝牙模块

此设计采用HC-06从机蓝牙模块，引出接口为VCC、GND、TXD、RXD、预留LED状态输出脚，单片机可以通过该脚判断蓝牙是否已经连接，LED闪烁表示没有蓝牙连接，常亮表示蓝牙已经连接并打开了端口。蓝牙模块TXD和RXD先不接，把小车端程序烧写进开发板后再接线，蓝牙的TXD接开发板P3.0，蓝牙RXD接开发板P3.1。通过手机的蓝牙来控制小车的运动，先在安卓手机上安装蓝牙APP，打开蓝牙功能且此时小车通电，搜索蓝牙设备，小车上蓝牙模块的名称为HC-06，选择后进行连接，连接成功后通过手机蓝牙APP就可以控制小车。蓝牙模块原理如图7所示，手机APP控制小车操作界面如图8所示。

图7 蓝牙模块原理

图8 手机端操作界面

3 结束语

基于蓝牙控制技术设计智能小车控制系统，利用STC89C52芯片、电源模块、驱动模块、避障模块、循迹模块、蓝牙模块，在装有蓝牙APP的安卓手机通过将控制命令发送给小车蓝牙模块，蓝牙模块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。将手机变为遥控器，为其他便利人们生活的智能设备的设计提供了参考。