基于Android手機藍牙控制的智能小車設(shè)計

摘 要： 基于Android平臺，借助于藍牙通信技術(shù)，為無線智能小車的設(shè)計提供一種新的研究方法。該設(shè)計把藍牙、無線電子技術(shù)、單片機技術(shù)和Android移動智能終端平臺結(jié)合在一起，在小車硬件基礎(chǔ)上設(shè)計藍牙控制的無線智能小車。通過藍牙控制實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能，并在小車行走過程中通過Android手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別控制改變小車運動狀態(tài)，這為車載電子的無線通信設(shè)計提供了一種新的設(shè)計方法，同時也為未來的無線小車和現(xiàn)代智能家居的設(shè)計提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞： 藍牙通信； 移動智能終端； 智能小車； 車載電子

中圖分類號： TN923?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）12?0132?03

Abstract： This design is based on the Android， and provides a new research method for wireless smart car control by means of the bluetooth communication technology. With more and more wide use of Bluetooth in people's lives， a wireless smart car controlled by Bluetooth was designed in combination with of Bluetooth， wireless electronic technology， microcontroller technology and Android mobile intelligent terminal platform， as well as car hardware. The forward move， backward move， right front turn， left front turn， right rear turn， left rear turn and other functions of the smart car were achieved with bluetooth control technology. In the course of the car moving， the car’s movement state can be controlled and changed by means of APP interface button， gravity， voice through the Android mobile client. It provides a new design method for vehicle?mounted electronics for wireless communication. It also provides a certain reference significance for the future design of wireless car and modern smart home.

Keywords： bluetooth communication； mobile intelligent terminal； intelligent car； vehicle?mounted electronics

0 引 言

本設(shè)計的思路是基于以下幾個方面：首先，隨著車聯(lián)網(wǎng)的普及，使得車載電子系統(tǒng)對整個車的影響非常大；其次，藍牙技術(shù)的普及，在智能家居中和車載電子系統(tǒng)中的應(yīng)用有很大的前瞻性；第三，移動智能終端設(shè)備在人們的生活中越來越重要，人類已經(jīng)進入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備的使用給人們的生活帶來了很大便捷，同時在車載社會中也有巨大的優(yōu)勢；最后，由于筆者就職單位與一家汽車電子公司正在共同開發(fā)新一代全景泊車系統(tǒng)、行車記錄儀等車載安全系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接到手機上實時顯示車身周圍的信息，給駕駛員帶來了很大的方便[1]。

1 總體設(shè)計方案

本設(shè)計的研究內(nèi)容包括小車的工作原理、單片機系統(tǒng)的軟件和硬件、電機驅(qū)動系統(tǒng)、藍牙通信系統(tǒng)[2]，Android手機APP設(shè)計，如圖1所示。本設(shè)計需要達到的目標如下：

（1） 可以通過Android手機客戶端操作界面實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；

（2） 結(jié)合Android系統(tǒng)開源特點、藍牙短距離無線傳輸?shù)膬?yōu)勢以及單片機操作的簡便，實現(xiàn)手機的基本控制功能；

（3） 可以在小車行走過程中通過Android手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別改變小車運動狀態(tài)；

（4） 在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動。

1.1 上位機軟件設(shè)計

上位機開發(fā)使用的是由IBM提出的Eclipse開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境功能完善、比較成熟。而Android是一個多任務(wù)操作系統(tǒng)[3]，在執(zhí)行一個應(yīng)用程序時，可以把這個應(yīng)用程序放在后臺，然后另外又執(zhí)行其他的應(yīng)用程序。但每多執(zhí)行一個程序，就會多耗費一些系統(tǒng)內(nèi)存，如果同時執(zhí)行的任務(wù)過多或者沒有釋放之前執(zhí)行任務(wù)的內(nèi)存，Android系統(tǒng)運行起來就會變慢，甚至變得不穩(wěn)定。圖2是上位機軟件設(shè)計方案圖。

1.2 下位機軟件設(shè)計

下位機（單片機簡稱下位機）軟件開發(fā)環(huán)境使用的是Keil μVision 4開發(fā)環(huán)境，根據(jù)主控制器的要求選擇Keil μVision 4的Keil C51開發(fā)環(huán)境對整個下位機軟件進行開發(fā)，其開發(fā)語言使用的是C語言[4]。下位機軟件系統(tǒng)方案如圖3所示。

2 設(shè)計方案特點及擴展說明

本設(shè)計主要是將單片機電子技術(shù)、藍牙通信技術(shù)和計算機軟件技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進行融會貫通，設(shè)計了該智能小車系統(tǒng)。

在主控芯片選擇時，選取功能俱全、價格低廉的芯片，通信方式上，選用最新的藍牙4.0技術(shù)，同時結(jié)合了移動智能終端來控制小車[5]。設(shè)計方案的特色如下：

（1） 小車的主控芯片選用宏晶公司的STC89C52，其具有8 kB的FLASH，3個定時器，軟件編程難度適宜，且芯片資源足夠本系統(tǒng)使用。

（2） 通信方式采用串口通信，利用藍牙技術(shù)實現(xiàn)對小車的控制。短距離通信方式主要有：Bluetooth，ZigBee，WiFi，UWB和NFC，相比這五種無線短距離通信，藍牙在移動智能終端的成本是最低的，同時在車載音響設(shè)備中已經(jīng)有了應(yīng)用，因此本方案選擇藍牙作為通信方式。

（3） 近幾年移動智能終端發(fā)展得越來越快、越來越好，手機、平板等都已進入了智能家居中，且這些設(shè)備都具備藍牙功能，在小車控制端選擇Android手機作為控制平臺是時代的潮流。

3 方案難點及關(guān)鍵技術(shù)

該方案難點在于： Android手機客戶端的APP編程。因為小車控制有虛擬按鍵、重力、語音三種控制方式，這樣在上位機編程上有很大的技術(shù)難點；藍牙模塊與下位機的串口通信和與上位機的無線通信。為了避免通信故障，在確定通信協(xié)議上有一定的難度；小車四個驅(qū)動電機的供電、主控芯片的供電和藍牙模塊的供電。

關(guān)鍵技術(shù)有：制定通信協(xié)議；設(shè)計Android手機APP；整個小車的供電系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)仿真與結(jié)果分析

4.1 藍牙控制小車整體外觀

藍牙控制智能小車整體實物圖如圖4所示，圖5為小車的側(cè)視圖。整個小車有上位機和下位機兩部分組成，小車控制器部分主要包括直流電機控制，藍牙通信，電池供電等。

4.2 系統(tǒng)整體調(diào)試

藍牙控制智能小車最終實現(xiàn)的功能有：可以通過Android手機客戶端操作界面實現(xiàn)小車的前進、后退、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、倒車右轉(zhuǎn)、倒車左轉(zhuǎn)等功能；可在小車行走過程中通過手機客戶端利用APP界面的“按鈕”、重力、語音分別控制改變小車運動狀態(tài)；在超出藍牙控制范圍時，小車能夠自動停止運動。主要調(diào)試內(nèi)容如下：

（1） 藍牙通信測試。用APP按鍵控制小車的前進后退，小車可以進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)向操作，證明通信系統(tǒng)沒有問題，然后測試重力感應(yīng)[6]和語音控制，小車均正常工作。

[圖4 語音控制 圖5 小車側(cè)視圖]

（2） 小車運動測試。當小車收到手機APP發(fā)送的前進后退指令后，單片機會解析其指令并控制四個直流電機做相應(yīng)的“動作”?！鞍存I”、重力、語音三種控制方式，在軟件設(shè)計時采用了一定的技巧，單片機解析命令時不需要解析其是三種控制方式的哪一種，只需要解析前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止五個命令。

5 結(jié) 語

通過多次反復(fù)調(diào)試和修改代碼，成功實現(xiàn)了藍牙小車預(yù)設(shè)的所有功能，在10 m范圍內(nèi)通信穩(wěn)定，控制可靠靈活。只是在上位機與下位機聯(lián)調(diào)的過程中遇到過一些麻煩，經(jīng)過不斷的優(yōu)化代碼最終實現(xiàn)了通信、控制“無障礙”。方案的意義在于將單片機電子技術(shù)，藍牙通信技術(shù)和智能終端設(shè)備有效的結(jié)合，深化了車聯(lián)網(wǎng)的概念，為車載電子的無線通信設(shè)計提供了一定的參考價值，本方案可推廣到車載藍牙系統(tǒng)，智能家居等領(lǐng)域。

參考文獻

[1] 林志翔，肖寶森.新型多功能智能小車的設(shè)計與應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（6）：134?136.

[2] 董健.物聯(lián)網(wǎng)與短距離無線通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[3] 郭志宏.Android應(yīng)用開發(fā)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[4] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工程出版社，2009.

[5] 海登.低功耗藍牙開發(fā)權(quán)威指南[M].陳燦峰，劉嘉，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[6] 郁有文，常健，程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2013.