基于Android的藍(lán)牙遙控小車設(shè)計(jì)

沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 I 成成 績(jī)績(jī) 評(píng)評(píng) 定定 表表 學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào) 專 業(yè)電子信息科 學(xué)與技術(shù) 課程設(shè)計(jì)題目基于 Android 的藍(lán)牙小車 評(píng) 語 組長(zhǎng)簽字： 成績(jī) 日期 2015 年 3 月 日 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 II 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào) 課程設(shè)計(jì)題目基于 Android 的藍(lán)牙小車 實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù): : 基于 Android 的藍(lán)牙小車的設(shè)計(jì)功能： 1.能夠?qū)崿F(xiàn)藍(lán)牙連接。 2.能通過手機(jī)藍(lán)牙客戶端操控小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止。 工作計(jì)劃與進(jìn)度安排工作計(jì)劃與進(jìn)度安排: : 2015 年 3 月 23 日: 布置任務(wù)， 查找資料 2015 年 3 月 24-25 日: 畫電路原理圖、焊接硬件 2015 年 3 月 26-27 日: 編程調(diào)試,撰寫報(bào)告 2015 年 3 月 28 日: 驗(yàn)收答辯 指導(dǎo)教師： 2015 年 3 月 日 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 2015 年 3 月 日 學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)： 2015 年 3 月 日 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 III 摘摘 要要 闡述一種通過手機(jī)藍(lán)牙遙控小車行走的軟、硬件設(shè)計(jì)。手機(jī)藍(lán)牙 作為客戶端，小車上的藍(lán)牙 模塊 HC-05 作為服務(wù)端。客戶端采用 Eclipse 開發(fā)環(huán)境，J2ME 編程，服務(wù)端采用單片機(jī)控制。雙方通過串 口仿真協(xié)議進(jìn)行通信，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)控制小車行動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明，小車可以接收手機(jī)遙控信號(hào)并靈活地進(jìn)行前行、倒退、左轉(zhuǎn)、 右轉(zhuǎn)和停止等功能。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 89c52，hc-05，遙控小車，Andriod 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 IV 目錄 1 引言 .1 1.1 課題設(shè)計(jì)目的及意義.1 1.1.1 設(shè)計(jì)的目的.1 1.1.2 設(shè)計(jì)的意義.2 2 方案比較與論證.2 2.1 無線單元方案與比較.2 3 硬件電路設(shè)計(jì).4 3.1 總體設(shè)計(jì) .4 3.2 單片機(jī)模塊 .4 3.2.1 STC89C52 簡(jiǎn)介.4 3.2.2 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊及原理介紹.5 3.2.3 藍(lán)牙模塊 .6 4 軟件設(shè)計(jì).7 4.1 智能車運(yùn)動(dòng)控制程序 .7 4.2 Android 藍(lán)牙客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).8 4.2.1 客戶端界面設(shè)計(jì) .9 4.2.2 BluetoothCar 類設(shè)計(jì).9 4.2.3 單片機(jī) C 語言代碼 .9 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 V 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.15 6 心得體會(huì).16 參考文獻(xiàn).16 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1 1 1 引言引言 1.11.1 課題設(shè)計(jì)目的及意義課題設(shè)計(jì)目的及意義 1.1.11.1.1 設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)的目的 遙控小車起源于美國(guó)，由于政府對(duì)無線遙控小車研發(fā)的資助以及 相關(guān)資助的推動(dòng)作用，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)大國(guó)在遙控小車技術(shù) 上占據(jù)著明顯優(yōu)勢(shì)。 我國(guó)的無線遙控小車研究工作始于 20 世紀(jì)中后 期，在國(guó)家的 863、973 等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國(guó)內(nèi)已大范 圍地進(jìn)行無線遙控小車的研究。在研發(fā)應(yīng)用方面取得了重要發(fā)展，但 是與國(guó)際先進(jìn)還存在一定的差距。 無線遙控實(shí)現(xiàn)方法包括藍(lán)牙、紅 外、射頻幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)。目前在信息家電方面應(yīng) 用正在鋪。 遙控小車起源于美國(guó)，由于政府對(duì)無線遙控小車研發(fā)的 資助以及相關(guān)資助的推動(dòng)作用，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)大國(guó)在遙控 小車技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢(shì)。 我國(guó)的無線遙控小車研究工作始于 20 世紀(jì)中后期，在國(guó)家的 863、973 等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國(guó) 內(nèi)已大范圍地進(jìn)行無線遙控小車的研究。在研發(fā)應(yīng)用方面取得了重要 發(fā)展，但是與國(guó)際先進(jìn)還存在一定的差距。 無線遙控實(shí)現(xiàn)方法包括 藍(lán)牙、紅外、射頻幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)。目前在信息家 電方面應(yīng)用正在鋪開。各種家電共用遙控，并可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)相 接，共享有用信息。目前藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線遙控的短板在于傳輸距離 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 2 短和芯片價(jià)格高方面。隨著科技發(fā)展，這些問題正在逐步得以解決。 無線遙控機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景，但是目前國(guó)內(nèi)的無線系統(tǒng)在傳 輸可靠 性、傳輸速度、抗干擾能力等方面仍有不足，亟待提高。 1.1.21.1.2 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義 隨著家用電器的越來越普及和人們生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)電器 的依賴性進(jìn)一步提高，對(duì)電器的功能要求也進(jìn)一步增大?，F(xiàn)有每個(gè)普 通家庭中的遙控器包括空調(diào)遙控器、電視遙控器、DVD 遙控器、汽 車遙控器、門窗遙控器等，門類繁多且不通用，而另一方面，手機(jī)已 成為人人必備的工具，如果可以用我們必備的手機(jī)去遙控所有這些家 用電器，可擺脫將來對(duì)專用紅外遙控面板的依賴，一機(jī)在手，萬物盡 在掌握之中。因此，本論文先設(shè)計(jì)一種手機(jī)對(duì)智能遙控車的控制方案， 利用本系統(tǒng)的控制模塊可擴(kuò)展至對(duì)所有家電的控制。 2 2 方案比較與論證方案比較與論證 2.12.1 無線單元方案與比較無線單元方案與比較 無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能車的遠(yuǎn)程遙控，使小車可以在遙 控狀態(tài)下代替人類完成一些危險(xiǎn)項(xiàng)目。目前短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 主要有兩大類，一類是基于 IrDA 紅外無線通信技術(shù)，另一類是基于 ISM(Industrial Scientific Medical)頻段射頻通信技術(shù)。較為主流的幾種 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 通信技術(shù)之間既存在著相互競(jìng)爭(zhēng)，但又在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)相互補(bǔ) 充、相互配合，究竟選擇何種技術(shù)更優(yōu)越，需要由具體的工作環(huán)境來 決定。表 1-3 所示為四種短距離無線通訊技術(shù)主要性能參數(shù)。 藍(lán)牙技術(shù)紅外技術(shù)WiFi 技術(shù)ISM 射頻技 術(shù) 通信距離 100m10m300m1000m 通信速率 10Mb/s16Mb/s16Mb/s500kb/s 通信頻率或 波長(zhǎng) 2.4GHz0.75um-24um 2.4GHz 315、433.8 68、915 和 2400MHz 頻率申請(qǐng) 否否否否 開發(fā)難度易難難易 模塊成本較低很低較低低 結(jié)論：通過表格可以看出，他們?cè)诮嚯x通訊領(lǐng)域都可以提供可靠的 通信服務(wù)，但是同時(shí)他們的應(yīng)用有著各自的技術(shù)架構(gòu)的限制。在以上 的幾種中，我最終選擇了藍(lán)牙無線傳輸方式。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 4 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3.13.1 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 智能車主要現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程來控制智能車的運(yùn)動(dòng)。其主要模塊為:單片機(jī) 模塊、無線通訊模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。其主要結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。 總體仿真電路圖： 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 5 3.23.2 單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊 3.2.1 STC89C52 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （FPEROM-Flash Program able and Erasable Read Only Memory）的低 電壓，高性能 COMOS8 的微處理器。該器件采用 ATMEL 高密度非 易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳 相兼容。 STC89C52 特性：通用 I/O 口，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向 口/弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口） ；P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò) 展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需要加上拉電阻； ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無需 專用仿真器可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序， 數(shù)秒即可完成；具有 EEPROM 功能；具有看門狗自動(dòng)復(fù)位功能；共 有 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè)八位定時(shí) 器使用；外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，PowerDown 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 6 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 3.2.2 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊及原理介紹驅(qū)動(dòng)模塊及原理介紹 藍(lán)牙小車采用直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊，其原理圖如下： L298N 驅(qū)動(dòng)模塊原理圖 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊采用 ST 公司原裝全新的 L298N 芯片，采用 SMT 工藝穩(wěn)定性高，采用高質(zhì)量鋁點(diǎn)解電容，使電路溫度工作。可 以直接驅(qū)動(dòng)兩路 3-16V 直流電機(jī)，并提供了 5V 輸出接口（輸入最低 只要 6V） ，可以給 5V 單片機(jī)電路供電（低紋波系數(shù)） ，支持 3.3V 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 7 MCUARM 控制，可以方便的控制電流電機(jī)速度和方向，是智能小車 必備利器。 驅(qū)動(dòng)狀態(tài)編碼驅(qū)動(dòng)狀態(tài)編碼 3.2.3 藍(lán)牙模塊藍(lán)牙模塊 藍(lán)牙模塊支持短距離無線傳輸，可以通過手機(jī)與藍(lán)牙模塊的配對(duì) 實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的無線控制。本小車采用的是 HC-05 藍(lán)牙芯片，在 HC- 05 芯片里已經(jīng)將藍(lán)牙協(xié)議封裝好，只需要通過串口通信實(shí)現(xiàn)上位機(jī) （手機(jī)）與下位機(jī)（51 單片機(jī)）的無線通信。 藍(lán)牙模塊中藍(lán)牙芯片的 TXD 與 RXD 分別于單片機(jī)的 RXD 與 TXD 相接，VCC 與單片機(jī)電源，GND 與單片機(jī) GND 相連。HC-05 使用 R1114 作為穩(wěn)壓芯片，將單片機(jī)提供的 5V 電壓轉(zhuǎn)換為 3.3V 的 低電壓，為藍(lán)牙芯片供電。 藍(lán)牙芯片應(yīng)用范圍：可用于 GPS 導(dǎo)航，水電煤氣抄表系統(tǒng)，工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，與移動(dòng)設(shè)備無線連接。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 8 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4.14.1 智能車運(yùn)動(dòng)控制程序智能車運(yùn)動(dòng)控制程序 在本次設(shè)計(jì)中，主程序主要是在單片機(jī)的控制下，對(duì)藍(lán)牙模塊輸 入的信息進(jìn)行存儲(chǔ)分析，來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到控制小車的前進(jìn)、 后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。在這個(gè)過程中，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，包括設(shè) 置單片機(jī)各個(gè)端口的方向，各個(gè)變量的初始化，以及單片機(jī)振蕩頻率 的校準(zhǔn)等。單片機(jī)定時(shí)對(duì)藍(lán)牙模塊串口讀數(shù)據(jù)，如果串口的數(shù)據(jù)讀出， 則對(duì)讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讀出的數(shù)據(jù)如果為 0 x01、0 x02、0 x03、0 x04、0 x05 則分別對(duì)應(yīng)小車的前進(jìn)、后退、左 轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 9 主程序流程圖 4.24.2 AndroidAndroid 藍(lán)牙客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 藍(lán)牙客戶端是用戶控制智能車的一種手段。智能車藍(lán)牙控制客戶 端是基于 Android 平臺(tái)開發(fā)的應(yīng)用程序?？蛻舳诉x擇在 Eclipse 和 Android SDK 組合下使用 Java 語言進(jìn)行開發(fā)?？蛻舳说拈_發(fā)主要涉及 到客戶端界面的設(shè)計(jì)和功能代碼的編寫。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 10 4.2.14.2.1 客戶端界面設(shè)計(jì)客戶端界面設(shè)計(jì) 根據(jù)智能車的實(shí)際情況，客戶端選擇設(shè)計(jì)成類似賽車類游戲的界 面。界面通過 XML 來標(biāo)記和存儲(chǔ)資源。 4.2.24.2.2 BluetoothCarBluetoothCar 類設(shè)計(jì)類設(shè)計(jì) BluetoothCar 類主要實(shí)現(xiàn)訪問安卓手機(jī)藍(lán)牙設(shè)備和發(fā)送智能車運(yùn) 動(dòng)指令。 4.2.34.2.3 單片機(jī)單片機(jī) C C 語言代碼語言代碼 #include #include unsigned int tmp; unsigned int c=0; sbit EN_left_wheel=P20; sbit EN_right_wheel=P21; sbit left_wheel_go_ahead=P22; sbit left_wheel_go_back=P23; sbit right_wheel_go_ahead=P24; sbit right_wheel_go_back=P25; 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 11 void init(); void ctrl(); void turn_left(); void turn_right(); void go_ahead(); void go_back(); void stop(); void main() init(); while(1) if(RI=1) RI=0; tmp=SBUF; ctrl(); void init() 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 12 ES=0; SCON=0 x50; TMOD=0 x20; TH1=0 xFD; TL1=0 xFD; PCON TR1=1; TI=1; RI=0; ES=1; EN_left_wheel=1; EN_right_wheel=1; left_wheel_go_ahead=0; left_wheel_go_back=0; right_wheel_go_ahead=0; right_wheel_go_back=0; void ctrl() 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 13 switch(tmp) case 0 x01: turn_left(); break; case 0 x02: turn_right(); break; case 0 x03: go_ahead(); break; case 0 x04: go_back(); break; case 0 x05: stop(); 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 14 default: break; void turn_left() left_wheel_go_ahead=0; left_wheel_go_back=1; right_wheel_go_ahead=1; right_wheel_go_back=0; void turn_right() left_wheel_go_ahead=1; left_wheel_go_back=0; right_wheel_go_ahead=0; right_wheel_go_back=1; void go_ahead() left_wheel_go_ahead=1; 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 15 left_wheel_go_back=0; right_wheel_go_ahead=1; right_wheel_go_back=0; void go_back() left_wheel_go_ahead=0; left_wheel_go_back=1; right_wheel_go_ahead=0; right_wheel_go_back=1; void stop() left_wheel_go_ahead=0; left_wheel_go_back=0; right_wheel_go_ahead=0; right_wheel_go_back=0; 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 16 5