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Arduino智能小车APP-lnventor蓝牙控制设计

1.研究目标

本课题设计主要是制作一款能进行蓝牙控制的智能小车。小车具有以下几个功能：前进、后退、左转、右转、加速、减速。本设计以电机驱动为主驱动，通过手机APPlnventor点击相应的操作指令从蓝牙发送指令，送入HC-06蓝牙模块，然后通过连接线送入Arduino UNO单片机处理数据后完成相应指令，以达到控制。最后由Arduino UNO单片机处理数据后通过编程有序合理的实现了智能控制，相当于简易机器人。

2.研究内容 

根据设计的作品要达到的效果，本系统以Arduino单片机为核心控制器，主要有电源模块、电机驱动模块、蓝牙通信模块构成。按照题目要求，手机App Inventor作为上位机通过蓝牙发送指令给下位机，然后由下位机控制电机和舵机，最终实现对智能小车的控制。

（1）硬件

采用Arduino单片机作为系统控制的方案。Arduino单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，成本也比ARM低。 考虑到性价比问题，本设计选择用Arduino单片机做控制器。

舵机是小车转向的控制机构，具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点，一般来讲，舵机主要由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等组成。

HC-06是主从一体化的蓝牙串口模块，主从可指令切换，指令少于HC-05，使用简单。（供电电压 3.3V~3.6V）与手机配对：配对后只需要当成固定波特率的串口一样使用即可，因此只要是以“固定波特率，8位数奇偶校验”通信格式是串口设备都可以直接取代原来的串口而不需要修改程序。

（2）软件

Arduino 语言是建立在 C/C++基础上的，其实也就是基础的 C 语言，Arduino 语言只不过把 AVR 单片机（微控制器）相关的一些寄存器参数设置等都函数化了，不用我们去了解他的底层，让不太了解 AVR 单片机（微控制器）的朋友也能轻松上手。Arduino 语言是以 setup()开头，loop()作为主体的一个程序构架。官方网站是这样描述 setup()的：用来初始化变量，管脚模式，调用库函数等等，此函数只运行一次。loop()函数是一个循环函数，函数内的语句周而复始的循环执行，功能类似 c 语言中的“main();”。

App Inventor是一款谷歌公司开发的手机编程软件。用户能够通过该工具软件使用谷歌的Android系列软件自行研发适合手机使用的任意应用程序。

App Inventor特点：

（1）开发过程简单，易操作

（2）开发创造自己的应用程序

（3）不需要太多的编程知识

（4）代码拼接的编码方式

（5）创意+代码拼接=自己的程序

3.拟采用的研究方法、实验方案或可行性分析

（1）可行性

    本系统硬件部分采用Arduino UNO、DFROBOT L293电机，HC-06蓝牙模块；软件部分基于Arduino语言所编写的系统，支持用户进行手机App Inventor远程操作。

（2）实验方案

本系统采用四个模块：第一模块以Arduino UNO单片机组成控制模块，第二模块以电机和舵机组成驱动模块，第三模块以HC-06蓝牙组成接收模块。第四模块以手机App Inventor写一个应用程序作为发送模块。用户只需要通过上位机对下位机发送指令，就可实现对智能小车的控制，方便实用。

（3）研究方法

硬件系统是采用Arduino UNO单片机为核心，Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。UNO已经发布到第三版，与前两版相比有以下新的特点：

在AREF处增加了两个管脚SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一个预留管脚，将来扩展板将能兼容5V和3.3V核心板。

改进了复位电路设计

USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2

软件系统是采用Arduino语言，通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是利用 Arduino编程语言 (基于 Wiring)和Arduino开发环境(基于 Processing)来实现的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)来实现。

App Inventor三大作业模块

设计器：主要作用是案例设定，元件布局与元件属性设定；

图块编辑器：主要作用是通过拼图作业模式进行程序的接合，同时可以操作不同属性的定义元件、控制元件和逻辑元件等来进行“程序设计”(当然不用写传统代码)；

模拟器：在没有Android设备前，可用模拟器来进行案例测试，但模拟器在部分功能方面无法提供测试（如重力传感器等）

然后根据实际需求对系统设计不合理的地方，进行反复修改。

最后总结整个设计过程，对遇到的问题和解决的方法记录下来，完成相关的论文。

4．研究计划与进度安排

(1)首先要搜集、整理有关的资料， 

(2)查阅国内外文献；撰写论文的绪论部分。

(3)大量阅读已有的关于智能小车方面的文献。依托现有项目搭建软硬件平台，并在实际操作中不断改进控制方案；撰写论文的硬件部分。

(5)研究基于Arduino，实现智能小车的控制，同时采用HC-06蓝牙模块进行无线遥控，并完成论文的软件部分的设计。

(7)总结实验过程，对比分析结果，整理前期资料，撰写毕业论文并修改，准备毕业答辩。

 

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 智能小车研究现状以及发展趋势 1

1.3 课题意义 2

第二章 总体方案设计 2

2.1 小车车体设计 2

2.2 单片机 3

2.2.1 单片机分类 4

2.2.2 Arduino单片机 4

2.3 手机app 6

2.3.1 App开发工具 7

2.3.2 AppInventor 8

2.4 本章小结 8

第三章 小车部分设计 8

3.1 超声波模块 9

3.2 舵机 11

3.3 电机 14

3.2.1 步进电机 14

3.2.2 直流电机 15

3.4 蓝牙模块 21

3.5 本章小结 23

第四章 App lnventor 23

4.1 特点和开发环境 23

4.2 常用模块 24

4.3 代码 29

4.3.1 蓝牙代码 29

4.3.2 小车代码 30

第五章 整体调试 30

5.1 预期目标 30

5.2 小车调试 30

5.3 App控制调试 31

第六章 总结展望 32

致谢 33

参考文献 34

 

本次课题设计制作一款蓝牙控制的智能小车。小车车体采用两轮机器底盘，这个底盘的的两个轮子分别由两个直流电机驱动，小车的转向由SG90舵机完成。利用App Inventor来编写一款手机APP来控制小车，通过点击相应的按键从手机蓝牙发送指令给HC-06蓝牙模块，随后经过蓝牙模块送入Arduino单片机，由Arduino单片机来发送指令给各个部分来完成以下几个功能：前进、后退、左转、右转、停止。

未来我们还可以在小车上加上自动循迹功能，利用灰度传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机内。单片机对采集到的信号加以分析判断,实时控制驱动电机来控制小车转向,随后促使小车能够按着黑色轨迹自主运动,实现小车自动寻迹的目的。不止这样，还能够加上避障系统，采用红外单点避障与超声波双路避障相结合的模式，来实现对障碍物的全方面非常有效的避障。所以，智能小车技术的研究，应用都是有非常重大意义的同时还有很高很广阔的市场价值。

 

参考文献

[1]  孙德军，《简单易学玩转Arduino》[M]，化学工业出版社，2016年

[2]  王静霞，《单片机应用技术》[M]，电子工业出版社，2015年

[3]  朱欣华，《智能仪器原理与设计》[M]，高等教育出版社，2011年

[4]  孙德军，《简单易学玩转Arduino》[M]，化学工业出版社，2016年

[5]  候正昌，《C++程序设计》[M]，电子工业出版社，2015年

[6]  田华，《电子测量技术》[M]，西安电子科技大学出版社，2013年

[7]  胡宴如，《模拟电子技术》[M]，高等教育出版社，2013年

[8]  杨志忠，《数字电子技术》[M]，高等教育出版社，2013年

[9]  施威铭，《Android APP开发入门》[M]，机械工业出版社，2016年

[10] 王寅峰，《APP INVENTOR 2 中文版开发实战-- ANDROID智能应用开发前传》[M]，电子工业出版社，2015年