基于Android的無(wú)線遙控汽車的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

張超

摘 要：基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程遙控小車，可以使用智能手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙（或wifi）發(fā)出指令。該車可以躲避障礙物，實(shí)時(shí)視頻傳輸，可用于在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)執(zhí)行搜索任務(wù)。經(jīng)過(guò)相關(guān)參數(shù)的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明該智能小車性能穩(wěn)定、操控性好，視頻傳輸穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)各部件電流消耗的分析，提出了優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；wifi；遙控小車；Android設(shè)備

1 概述

隨著手機(jī)移動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展，智能手機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，從單一通話和收發(fā)短信，發(fā)展到可進(jìn)行移動(dòng)搜索、全球定位導(dǎo)航、手機(jī)電視、實(shí)時(shí)視頻通信等其它強(qiáng)大功能。Android是一種以linux為基礎(chǔ)的開源操作系統(tǒng)，基于此平臺(tái)的手機(jī)應(yīng)用滲透到生活的方方面面?；贏ndroid平臺(tái)的無(wú)線遙控汽車，通過(guò)藍(lán)牙（或wifi）發(fā)出指令。該車可以躲避障礙物，實(shí)時(shí)視頻傳輸，可用于在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)執(zhí)行搜索任務(wù)，具有一定的實(shí)際意義。

2 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)是由一個(gè)遙控小車單元和一個(gè)運(yùn)行在Android智能手機(jī)的應(yīng)用程序組成。

總體方案設(shè)計(jì)：

總體硬件框圖如圖1所示。

主板采用Arduino公司的Mega開發(fā)板，它是一個(gè)開源的單板機(jī)控制器，采用了基于開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開放源代碼 simple I/O 接口版，并且具有使用類似Java，C 語(yǔ)言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。Arduino Mega是一塊以ATmega2560為核心的微控制器開發(fā)板，提供54個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳（其中6可以作為PWM輸出）8個(gè)模擬輸入，2個(gè)UART（硬件串口），一個(gè)16 MHz的晶體振蕩器，一個(gè)USB連接，輸入電壓6-12V 。主板產(chǎn)生1 前進(jìn)/后退，左/右脈沖，通過(guò)直流伺服電機(jī)控制小車運(yùn)行。

副板采用Arduino 公司的UNO板，微處理器是ATmega328，具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。副板連接一個(gè)距離傳感器，距離傳感器提供2-400厘米的非接觸式測(cè)量功能，精度可達(dá)到3毫米。

一個(gè)VGA攝像頭連接到路由器模塊，該裝置安裝在主控板后面。由攝像頭拍攝的視頻輸入到路由器通過(guò)wifi連接到Android設(shè)備，該視頻實(shí)時(shí)顯示在Android應(yīng)用程序。

3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

主程序流程：

本系統(tǒng)的軟件完成以下功能：

（1）系統(tǒng)初始化：包括I/O口工作模式、串口、中斷、PWM的初始化，同步手機(jī)應(yīng)用程序等。

（2）接受上位機(jī)android設(shè)備的控制命令。

（3）控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和速度。

副板上安裝有距離傳感器，ATmega 328微處理器通過(guò)計(jì)算距離傳感器發(fā)出脈沖和接受信號(hào)之間的間隔時(shí)間來(lái)確定與障礙物的距離，如果此距離小于20厘米，將產(chǎn)生中斷，中斷命令將被發(fā)送到主板的atmega2560微處理器上，主板將關(guān)閉伺服電機(jī)，避免可能出現(xiàn)的碰撞。如果計(jì)算出的距離大于20厘米，不產(chǎn)生中斷，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。

4 基于Android智能手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)

4.1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

Android系統(tǒng)架構(gòu)由5部分組成，分別是：Linux Kernel、Android Runtime、Libraries、Application Framework、Applications。

4.2 方向控制

首先我們創(chuàng)建一個(gè)傳感器管理器和一個(gè)傳感器監(jiān)聽器，管理器用來(lái)管理傳感器以及創(chuàng)建各種各樣的傳感器，監(jiān)聽器用來(lái)監(jiān)視傳感器的變化并且進(jìn)行相應(yīng)的操作

private SensorManager sensorManager；private MySensorEventListener mySensorEventListener；

mySensorEventListener= new MySensorEventListener（）；

這個(gè)監(jiān)聽器當(dāng)然是我們自己定義的，在方向感應(yīng)器感應(yīng)到手機(jī)方向有變化的時(shí)候，我們可以采取相應(yīng)的操作。

private final class MySensorEventListener implements SensorEventListener{

public void onSensorChanged（SensorEvent event） {

if（event.sensor.getType（）==Sensor.TYPE_ORIENTATION）{

float x = event.values[SensorManager.DATA_X]；

float y = event.values[SensorManager.DATA_Y]；

float z = event.values[SensorManager.DATA_Z]；

x表示手機(jī)指向的方位，0表示北，90表示東，180表示南，270表示西

Y表示沿x軸的傾斜度，0表示水平，90表示頭向上垂直，180表示面向下水平，270表示頭向下垂直。

Z表示沿y軸的滾動(dòng)角度，0表示水平，90表示右側(cè)向上垂直，-90表示左側(cè)向上垂直。

應(yīng)用程序首先調(diào)用方向傳感器，獲取手機(jī)和一個(gè)通過(guò)Android傳感器管理器定義的默認(rèn)坐標(biāo)之間的角度信息，然后應(yīng)用程序根據(jù)預(yù)定義的閾值將方向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行命令。

5 系統(tǒng)特性和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

經(jīng)測(cè)試遙控小車的最大速度約為30厘米/秒，可以攜帶多達(dá)450克負(fù)荷。在開放空間本單元和Android設(shè)備之間通過(guò)藍(lán)牙或Wi-Fi通信的最大范圍為10米和20米。經(jīng)測(cè)量，當(dāng)設(shè)置在20厘米檢測(cè)距離時(shí)，本單元與障礙物之間自主停車距離在2厘米至7厘米。小車是由兩個(gè)9伏電池供電，經(jīng)測(cè)量在滿負(fù)荷條件下每個(gè)電池的最大消耗電流約0.73A

6 結(jié)論和改進(jìn)

基于Android平臺(tái)的無(wú)線遙控小車，可以通過(guò)Android設(shè)備（如智能手機(jī)或平板電腦）無(wú)線控制。該系統(tǒng)具有良好的操控性和實(shí)用性，可以通過(guò)狹小的空間執(zhí)行搜索、探查任務(wù)。電流的測(cè)量結(jié)果表明，滿負(fù)荷下系統(tǒng)的功率消耗是比較高的。然而，通過(guò)數(shù)據(jù)分析我們了解哪些組件消耗大部分的能量，這為我們進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

（1）計(jì)劃修改Android應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)自主控制。例如，當(dāng)小車前面沒(méi)有障礙物的時(shí)候，我們通過(guò)Android應(yīng)用程序?qū)㈥P(guān)閉距離傳感器，這樣可以減少電量消耗。

（2）電流消耗試驗(yàn)還表明，對(duì)于執(zhí)行連續(xù)工作的小車，電量消耗還是比較大的，由于該小車可以攜帶更多的負(fù)載，因此可以安裝更大能量的電池組。

（3）替換更強(qiáng)大和低功耗的單片機(jī)以增加處理能力，并將進(jìn)一步降低功耗。

參考文獻(xiàn)

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