聶茹

0 引言

遙控小車是玩具市場一種很常見的玩具，但是，每個小車都有自己特定的遙控器，原裝遙控器壞了很難與其它型號的進行匹配。現(xiàn)在手機使用十分普遍，如果利用手機這個平臺，通過軟件編程，通過藍牙來控制我們的玩具小車[1-2]，可以很方便的在一個硬件平臺實現(xiàn)多種小車的遙控器。 因此，本論文先設(shè)計一種手機對智能遙控車的控制方案，利用本系統(tǒng)的控制模塊可擴展至對所有家電的控制。

Andriod是一個完全開放的標(biāo)準(zhǔn)平臺，在2007年11月5日這天，谷歌公司正式向外界展示了這款名為Android的操作系統(tǒng)，本程序是基于Android 2.1系統(tǒng)，所用開發(fā)工具為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境，在此開發(fā)環(huán)境下開發(fā)軟件非常的方便。

1 系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計方案

1.1 設(shè)計內(nèi)容

本次設(shè)計要求實現(xiàn)一個手機可以遠程通過藍牙控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。

1.2 設(shè)計方案

本設(shè)計是以 AT89C52單片機為核心，以設(shè)置手機界面來設(shè)置前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等功能。單片機控制電機驅(qū)動來控制電機的正反轉(zhuǎn)以實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止。HC-06為藍牙接收模塊，通過與手機端的藍牙進行連接配對，從而接收從手機端發(fā)送過來的動作指令。接收到的指令再傳給單片機，單片機通過分析傳遞過來的指令不同，而跳轉(zhuǎn)到不同的子程序來控制電機驅(qū)動，從而實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等不同的動作。電源提供給單片機5V直流電，L298需要從外部接兩個電壓，一個是給電機的，另一個給L298芯片的[3]。

1.3 系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計

整個系統(tǒng)的硬件可以分為4個模塊：電源電路、單片機最小系統(tǒng)、電機驅(qū)動模塊、藍牙模塊。電源電路為整個系統(tǒng)供電，包括單片機AT89C52、電機驅(qū)動、藍牙模塊、及其他外圍電路。電源電路分兩個部分：（1）接外部電源給電機供電；（2）由4節(jié)干電池作為電源，給系統(tǒng)供電，以確保單片機、電機驅(qū)動、藍牙模塊的正常運行。在電源電路給系統(tǒng)供電時，綠色指示燈點亮，只是當(dāng)前供電正常。單片機最小系統(tǒng)部分是整個系統(tǒng)的智能控制部分，也是整個系統(tǒng)的核心部分。電機驅(qū)動模塊L298需要從外部接兩個電壓，一個是給電機的，另一個給L298芯片的[4]。

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機的最小系統(tǒng)就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、時鐘電路、復(fù)位電路、輸入/輸出設(shè)備等[5-6]。

2.2 電機驅(qū)動模塊

L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；電路簡單，使用比較方便。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA、EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。

2.3 藍牙模塊HC-06

本模塊分主機和從機，主機能和從機配對通信，從機與從機之間或主機與主機之間不能通信，從機能和電腦、手機等的藍牙配對通信，購買時默認(rèn)為從機。在做智能小車控制時，藍牙模塊主要是實現(xiàn)接收從手機端發(fā)送過來的指令，所以我們需要的是從機模塊。藍牙串口在模塊功能上，偶數(shù)命名的互相兼容，從機命名的也互相兼容，也就是說，HC-04與HC-06，HC-03與 HC-05在功能上是兼容的。HC-04與HC-06是比較早的版本，用戶不可以自己切換主機或者從機，AT指令集很少，包括修改藍牙名（限于從機），修改密碼，修改波特率，詢問版本號等幾個基本功能。在本次設(shè)計中我們只需實現(xiàn)簡單的通信，因此選用 HC-06模塊。HC-06模塊只記憶最后一次配對過的從機，并只與該從機配對，直到KEY（26腳）高電平觸發(fā)時放棄記憶，26腳默認(rèn)應(yīng)該為低電平。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計

在本次設(shè)計中，主程序主要是在單片機的控制下，對藍牙模塊輸入的信息進行存儲分析，來控制電機驅(qū)動，以達到控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。在這個過程中，單片機首先進行初始化，包括設(shè)置單片機各個端口的方向，各個變量的初始化，以及單片機振蕩頻率的校準(zhǔn)等。單片機定時對藍牙模塊串口讀數(shù)據(jù)，如果串口的數(shù)據(jù)讀出，則對讀出的數(shù)據(jù)進行分析，讀出的數(shù)據(jù)如果為 A、B、C、D則分別對應(yīng)小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

3.2 手機端程序的設(shè)計

本程序是基于Android 2.1系統(tǒng)，所用開發(fā)工具為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。最初主要用來Java語言開發(fā)，但是目前亦有人通過插件使其作為其他計算機語言比如 C++、Python和Android的開發(fā)工具，在此開發(fā)環(huán)境下開發(fā)軟件非常的方便。首先設(shè)計本系統(tǒng)手機端軟件的程序界面，為了盡快實現(xiàn)程序的功能，本程序沒有對軟件界面設(shè)計做特別美化的設(shè)計，僅包含我們所用到的幾個按鈕和圖形顯示，以實現(xiàn)我們的功能為最大目標(biāo)。

（1）手機界面程序設(shè)計

在設(shè)置手機界面的時候，在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境下，首先，新建一個 android項目工程，興建路徑是File—New—android project—project name，選擇 android 1.6版本，工程名命名為Bluetooth-car，選擇Create Activity，則自動創(chuàng)建了一個Activity。手機界面圖如圖2所示：

圖2 手機界面圖

（2）手機監(jiān)聽程序設(shè)計

在Eclipes開發(fā)平臺上，首先在Layout文件中采用相對布局的形式設(shè)計完成手機界面以后，就要考慮為我們的每個Butten按鍵綁定監(jiān)聽程序，以實現(xiàn)在每個按鍵按下時，就能通過手機藍牙發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)到小車藍牙接收模塊。首先在Layout文件中，每添加一個控件，都會為這個控件設(shè)置一個ID，（如android:id="@+id/button1"），然后在R.JAVA文件就會自動生成一個ID地址。然后在主程序里面編寫監(jiān)聽程序，當(dāng)按鍵按下的時候，通過監(jiān)聽按鍵的ID地址的不同，采用switch結(jié)構(gòu)，跳轉(zhuǎn)到不同的case里，向小車藍牙模塊發(fā)送不同的數(shù)據(jù)。在程序里直接寫進小車藍牙模塊的藍牙地址（00:12:10:31:01:70），當(dāng)程序開始運行時，將會自動搜索該地址的藍牙芯片，當(dāng)進行過一次配對連接以后，將會記憶該地址，以后每次只要打開手機界面，開始運行時就會自動進行搜索配對連接好[7-8]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)電路原理圖、實物 圖把電路板實物做出來后，下一步就是電路板調(diào)試。電路板調(diào)試是最關(guān)鍵的一步，前面所做的電路設(shè)計的成功與否就是在調(diào)試步驟里體現(xiàn)的。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)整體調(diào)試等3大部分。

4.1 硬件調(diào)試

硬件電路調(diào)試包括獨立元件的檢測、單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試、電源電路的調(diào)試、驅(qū)動模塊的調(diào)試4部分。下面，主要介紹驅(qū)動模塊的調(diào)試情況。驅(qū)動模塊為驅(qū)動電機的芯片，L298需要從外部接兩個電壓，一個是給電機的，另一個給L298芯片的。首先檢查驅(qū)動芯片與單片機的各個連線是否都正確以后，給芯片通上電源，單片機指示燈點亮以后。運行單片機上的程序，通過單片機 P2口的數(shù)據(jù)變化來控制L298的IN1、IN2、IN3、IN4的電平的高低。L298輸入端的高低電平的變化，通過輸入端的LED燈的亮滅來顯示。當(dāng)運行前進程序的時候，IN1、IN2、IN3、IN4的值為1、0、1、0，分別點亮LED1和LED3，左右電機都正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車前進；運行左轉(zhuǎn)程序的時候，IN1、IN2、IN3、IN4分別為 1、0、0、1，分別點亮 LED1、LED4，左電機正轉(zhuǎn)，右電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車左轉(zhuǎn)；運行右轉(zhuǎn)程序的時候，IN1、IN2、IN3、IN4的值為0、1、1、0，點亮LED2，LED3，左電機反轉(zhuǎn)，右電機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車右轉(zhuǎn)；運行后退程序的時候，IN1、IN2、IN3、IN4 的值分別為 0、1、0、1，分別點亮 LED2、LED4，左右電機都反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車后退。通過調(diào)試電機驅(qū)動模塊能實現(xiàn)基本的功能。其調(diào)試圖如圖3~圖6所示：

圖3 小車前進指示圖

圖4 小車后退指示圖

圖5 小車左轉(zhuǎn)指示圖

圖6 小車右轉(zhuǎn)指示圖

4.2 軟件調(diào)試

將做好的工程添加進入Eclipes開發(fā)環(huán)境中，檢查各個文件夾下面的程序有沒有出現(xiàn)打紅色X的問題以及警告，點開下方的problem的文件，檢查該工程有沒有出現(xiàn)問題，當(dāng)排除了所有的問題以后。配置一個2.2版本的模擬器，然后啟動模擬器，在模擬器上運行該工程，在模擬器上將會出現(xiàn)已經(jīng)做好的手機界面，運行完成，調(diào)試成功。然后將手機連接到電腦上，打開安卓手機的USB接口。接下來點擊運行整個工程項目，在手機上出現(xiàn)前面那個做好的藍牙小車控制界面。點擊各個按鈕，都無問題，證明該JAVA程序沒有問題。

4.3 系統(tǒng)整體調(diào)試

藍牙控制小車的硬件模塊和軟件模塊分別調(diào)試通過后，接下來就可以進行系統(tǒng)的整體測試。首先檢查各個模塊之間，以及電機驅(qū)動與電機的連接都沒有出錯的情況下，打開給各個模塊提供的5V電源以及打開給電機提供的另一個6V電源。此時最小系統(tǒng)模塊指示燈點亮，表示單片機供電正常，藍牙模塊指示燈開始閃爍，表示藍牙模塊也供電正常。此時打開安卓手機的藍牙，搜索該藍牙芯片，進行配對。然后打開我們做好的手機界面，當(dāng)界面打開之后，開始自動搜索藍牙芯片的地址進行連接，當(dāng)藍牙芯片的指示燈由閃爍轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ａ烈院?，表示藍牙配對連接成功。在剛開始的時候調(diào)試的時候遇到了一些問題，在電機驅(qū)動方面，當(dāng)在手機端的界面上點擊前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)按鈕的時候，藍牙模塊能接受手機端發(fā)送的字符 A、B、C、D的ASCII碼值，并且能夠通過串口相應(yīng)的傳遞給單片機，單片機通過分析串口傳過來的數(shù)據(jù)，改變P2口的值分別為65、66、67、68，來控制電機驅(qū)動的輸入端IN1、IN2、IN3、IN4。相應(yīng)的電機驅(qū)動端的四個指示 LED燈都能根據(jù)數(shù)據(jù)的變化采取不同的亮和滅的組合情況，來相應(yīng)控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

5 總結(jié)

本文闡述一種通過手機藍牙遙控小車行走的軟、硬件設(shè)計。手機藍牙作為客戶端，小車上的藍牙模塊 HC-06作為服務(wù)端?？蛻舳瞬捎肊clipse開發(fā)環(huán)境，JAVA編程，服務(wù)端采用單片機控制。雙方通過串口進行通信，單片機驅(qū)動直流電機控制小車行動。實驗結(jié)果表明，小車可以接收手機遙控信號并靈活地進行前行、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等功能。

[1] 符強,任風(fēng)華.基于手機藍牙的遙控小車的設(shè)計[J].現(xiàn)代計算機(專業(yè)版),2011, (31):77-79.

[2] 林長青,成海量.基于Android系統(tǒng)和藍牙通信的手機遙控車設(shè)計[J].山西電子技術(shù),2012, (03):56-58.

[3] 孫玉艷.實現(xiàn)PC機與單片機的數(shù)據(jù)通信與控制[J].廣東白云職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣州白云工商高級技工學(xué)校學(xué)報,2002,(04) : 46-49.

[4] 李學(xué)軍.如何用MCS-51單片機擴展串口進行通訊[J].寧夏機械,2003,(2) :24-26.

[5] 張毅剛,彭喜元,彭宇.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2010.

[6] 李艷紅. 單片機 I/O口不宜用作直接驅(qū)動出口[J].電站設(shè)備自動化,2003,(2) :20-23.

[7] 張桂珠,劉麗,陳愛國.Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2007.

[8] Ken Dunham, Mobile Malware Attacks and Defense[M],2008:162.