手机遥控清洁车的设计

付三丽，陈 鑫，黄恒一

（三亚学院，海南 三亚 572022）

0 引 言

近年来伴随着科技水平的快速发展和人们生活水平的不断提高，各种智能化的产品结合物联网、智能控制等技术，大量地走入人们的日常生活中。作为人们生活中具有清洁功能的扫地机器人，高端且具备自主导航及定位功能的清洁机器人产品大量地进入人们的视野中。本文在人工智能、远程控制、智能驾驶及智能家居的理念下，设计一款简易的基于蓝牙近距离控制的遥控清洁车。

1 原 理

生活中有一些危险或者人无法到达的地方的清洁作业需求，利用目前发展完善的蓝牙通信技术可实现手机远程遥控小车，从而实现上述特殊环境的清洁需求。加之当下物联网技术及远程通信技术快速发展，使用单片机作为主体设计各类功能的小车已经逐渐普遍，技术也相对成熟，使得清洁车进入越来越多的家里，从而成为人们日常生活中必不可少的家居用品[1]。

2 设计流程

2.1 清洁车设计思路

本文设计的智能清洁车通过手机远程控制小车的移动，小车上搭载的吸尘模块通过接收用户发送的相关指令实现对目标区域的清洁。此外结合蓝牙无线通信技术，用户还能使所操控的清洁设备进入到一些人们原本无法进入的狭小地域进行作业[2]。清洁车整体图如图1所示。

图1 清洁车整体图

2.2 清洁车的运行流程

清洁车运行流程是用户通过APP Inventor 2在线平台自主研发的手机APP与清洁车上的蓝牙模块相连接，利用用户的手机蓝牙端与清洁车上的蓝牙客户端匹配成功后，就可以实现用户通过自制的手机APP远程控制清洁车的移动并实现对清洁车上抽风涡轮风扇的实时控制，实现对目标区域的清洁[3]。清洁车工作图如图2所示。

图2 清洁车工作图

2.3 清洁车硬件部分

本次的设计是以STC89C52单片机为中心控制系统，搭配蓝牙模块实现手机无线控制，电源模块为整个系统提供动力，车身上搭载有继电器模块控制车身上的抽风涡轮风扇的开关功能，液晶显示模块显示清洁车的运动状态。利用HC-05蓝牙芯片作为通信模块，完成智能手机与遥控清洁车之间的通信，利用L298N驱动模块驱动小车移动。整个系统的硬件结构及清洁车抽风涡轮俯视图如图3、图4所示。

图3 系统硬件结构

由图3、图4分析可知，清洁车通过车身上搭载的蓝牙芯片接收用户端发送来的控制信息，通过车身上的继电器模块控制抽风涡轮风扇的启动，实现目标区域的清洁作业任务。至于清洁车方位的移动，通过清洁车主板上4个电机的转向逻辑组合实现[4]。

图4 清洁车抽风涡轮俯视图

2.4 清洁车控制端APP的开发

文中清洁车控制端APP通过APP Inventor 2网页在线平台开发。APP Inventor 2是一个基于网页、可在线进行编辑、与各类外部硬件相互连接的Android程序开发环境。使用APP Inventor 2开发平台基于代码的逻辑组合排列，免去了用户的专业知识开发。APP Inventor 2网页在线平台开发环境及APP功能实现界面截图如图5、图6所示。

图5 APP Inventor 2网页在线平台开发环境

图6 清洁车APP功能实现界面截图

由图5、图6分析可知，APP要能与遥控清洁小车进行蓝牙连接及对目标区域实现作业的清洁任务，开发的清洁车控制端APP界面就需要发送前进、后退、左转、右转、停止、打开清洁模块等功能相应的解析指令。

2.5 清洁车APP的后期处理

通过APP Inventor 2网页客户端编辑、编译成功的APK文件，必须将其移植到相应的安卓设备，才可实现对清洁车的远程操作。平台调试完毕的APK文件下载及最终在智能手机设备中的运行界面如图7、图8所示。

图7 清洁车APK文件生成图

图8 清洁车APP控制界面图

由图7、图8可知，开发平台生成完毕的APK文件，可以通过电脑端QQ、微信客户端与移动设备上安装的QQ、微信同时在线，处于登录状态，实现清洁车APK文件的在线传输、安装[5]。

2.6 清洁车主控芯片代码开发

文中清洁车运动状态信息及车身抽风涡轮开启状态的改变是通过51单片机主控芯片代码解析驱动实现，机器人主控芯片代码如图9所示。51单片机主控芯片代码通过PC端Kei软件烧录至清洁车主控芯片中，芯片开发界面如图10所示。

图9 清洁车主控芯片代码

图10 清洁车主控芯片开发界面

由图9、图10可知，由于文中智能清洁车需要的功能较为单一，常见的51系列的单片机即可实现文中实物对应的作业需求。Keil软件是51系列单片机进行代码编译逻辑设计的开发平台软件，所开发的程序代码经过编辑、编译生成可执行的HEX文件。单片机主控芯片通过特定的烧录软件烧录HEX文件后，经过解析，通过车身上的L298N驱动模块可以驱动小车进行相应的方位移动功能。通过对继电器进行相应的开启和关闭操作实现对目标区域上的清洁吸尘作业任务[6-7]。

2.7 总结

在智能家居的技术理念下，文中清洁车结合了手机APP编程技术、近距离蓝牙通信技术、智能车技术、单片机技术设计了一款简易的手机遥控清洁车。本文设计的清洁车使得实现原本一些危险或者人们无法到达区域的清洁作业得以完成，使人们远离危险，还使得人们在对目标区域清洁之余体验一把操控驾驶小车的乐趣。但是基于文中智能车主控芯片功能单一、蓝牙通信距离有限、清洁车车身没有搭配摄像头、实时图像信息无法回传至用户等原因使得文中设计的清洁车目前仅仅能工作在人眼的视线范围内，对于人眼视线范围之外的区域清洁作业，在当下现有的条件下，还是存在一定的困难[8-9]。

2.8 拓展方向

文中清洁小车已基本可实现用户通过智能手机以及蓝牙通信的方式对目标区域的清洁任务，但由于蓝牙通信距离有限，未来尝试一方面将清洁车蓝牙通信更改为WiFi通信，延伸清洁小车的无线控制距离，同时在清洁车车身主板上增加机械臂功能，用户可以远程控制车身上抽风涡轮风扇的方向，实现对目标区域不同方位的清洁任务。另一方面未来清洁车通信方式改为WiFi通信后，结合机器视觉的知识，尝试在清洁车主体增加WiFi视频图像回传模块，实现用户对远程区域清洁任务的及时了解。此外当下车联网技术的兴起，如何实现多平台对清洁车的在线控制及清洁车无人驾驶的数据信息分享，也将是文中智能清洁车的研究发展方向[10]。

由前文可知，文中清洁小车由于蓝牙近距离通信的原因，仅仅工作在近距离人眼视线范围之内，当清洁车处于人眼视线范围之外，除了前文分析智能清洁车所需要的机器视觉、机械臂、WiFi通信等相关技术，参考当下比较流行的智能机器人在未知环境下的自主建图导航技术。如何实现智能清洁车在未知环境下的自主定位及地图构建，也将是文中清洁车未来的研究重点。

3 结 语

文中设计的手机遥控清洁车在现实的生活中有一定的应用价值，例如在一些特殊的场合（如在狭小地带、水沟内或房屋的缝隙中），人们无法正常进入完成打扫清洁的地方或是房屋楼顶与阳台边缘等危险地带的清洁工作，就可以利用具有遥控功能的清洁小车来完成清洁工作。当下随着大数据、车联网技术、智能家居技术的飞速发展，以及智能手机技术的成熟，手机遥控清洁车将会在未来人们的日常生活中起到更普遍的作用。