藍(lán)牙技術(shù)
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藍(lán)牙智能路障系統(tǒng)
基于藍(lán)牙控制技術(shù)的智能路障系統(tǒng)
隨著車輛增多，城市交通難題也日益凸顯，路障是交通管理手段的必備設(shè)施，傳統(tǒng)路障是由人工布置移動(dòng)，工作人員有被車輛撞傷的危險(xiǎn)，采用智能路障系統(tǒng)可以避免被車撞的危險(xiǎn)，減少體力勞動(dòng)。隨著智能城市與智慧交通的不斷發(fā)展，在無人駕駛車領(lǐng)域，我國的研究已經(jīng)取得了長足發(fā)展，在測試過程中，仍有不可控的危險(xiǎn)，在中國智能車未來挑戰(zhàn)賽中，在修路環(huán)節(jié)，采用智能路障系統(tǒng)，遠(yuǎn)程遙控路障隊(duì)形的變換，預(yù)防危險(xiǎn)、保護(hù)參賽人員的人身安全。
一、智能路障系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
考慮到比賽使用的功能需求和成本控制，該設(shè)計(jì)方案中，智能路障主要分為控制單元和無線模塊兩個(gè)部分，采用較為穩(wěn)定的遙控設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)專用的遙控器作為控制端。使用STM32F103系列單片機(jī)作為智能路障和遙控器的主控單元，無線傳輸模塊采用可主從一體藍(lán)牙芯片HC-05。由于智能路障在比賽中損耗較大，為保證比賽損耗，需有足夠的智能路障數(shù)量，本設(shè)計(jì)在滿足比賽功能需求和數(shù)量需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)成本的控制。
1.1智能路障硬件電路設(shè)計(jì)
從機(jī)械結(jié)構(gòu)來看，智能路障分為上部的路障和下部的可移動(dòng)輪式底板，路障和底板采用螺絲固定在一起。底板下裝有兩個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪，主動(dòng)輪上各裝有一個(gè)直流電機(jī)，底板上固定有電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N，核心控制單元STM32，藍(lán)牙芯片HC-05，7.2V可充電鋰電池。遙控端采用STM32作為主控單元，4*4矩陣薄膜開關(guān)作為遙控按鍵，5V干電池作為電源供電。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。
L298N內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。
該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺直流電機(jī)。L298N直接驅(qū)動(dòng)兩臺直流電機(jī)，分別為M1和M2。引腳A，B接5V，電機(jī)工作在最高速狀態(tài)，輸入信號端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機(jī)M1正轉(zhuǎn)。信號端IN1接低電平，IN2接高電平，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)?？刂芃2是同樣的方式。
1.2智能路障軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)上，我們采用的主控單元是STM32，16位的微控制器，時(shí)鐘頻率可達(dá)72MHz，功耗36mA，具有性能強(qiáng)大，超低功耗的優(yōu)勢。滿足我們的設(shè)計(jì)需求并且能夠長時(shí)間待機(jī)，經(jīng)檢測，在不使用情況下，待機(jī)可達(dá)48小時(shí)，連續(xù)測試狀態(tài)下，可持續(xù)工作超過一個(gè)小時(shí)，完全滿足我們的使用需求。接通電源后，程序進(jìn)行初始化設(shè)置，智能路障工作在待機(jī)狀態(tài)下，藍(lán)牙模塊一直檢測是否接收到控制信號，智能路障藍(lán)牙模塊接收到信號后，將控制信號發(fā)送到智能路障控制單元，根據(jù)相應(yīng)的控制信號，做出前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能路障的移動(dòng)，達(dá)到路障隊(duì)形變化的要求。
1.3智能路障藍(lán)牙設(shè)計(jì)
藍(lán)牙是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它可以實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳遞。本設(shè)計(jì)使用的HC-05藍(lán)牙模塊可以與STM32系列單片機(jī)主控芯片進(jìn)行全雙工通信，即兩者可以互相讀寫。比如從藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，HC-05的寫端(TXD)與單片機(jī)主控芯片的讀端(RXD)相連接，即可實(shí)現(xiàn)通信；反之HC-05的讀端(RXD)與單片機(jī)主控芯片的寫端(TXD)相連接。連接時(shí)需要注意兩對讀寫端交叉連接，而且兩者需要共地(本藍(lán)牙模塊有電源端共4個(gè)腳，不需要單獨(dú)再接)。
遙控器和智能路障通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線通信，遙控器端藍(lán)牙設(shè)置為主模式，智能路障端藍(lán)牙設(shè)置為從模式。兩臺遙控器設(shè)置不同的密碼，可以區(qū)分兩臺遙控器控制兩組智能路障。根據(jù)控制端按鍵按下方式，不同編號的智能路障進(jìn)行響應(yīng)。經(jīng)測試，我們選用的藍(lán)牙芯片可達(dá)到室外20米的控制距離，完全可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。
二、藍(lán)牙智能路障系統(tǒng)遙控端設(shè)計(jì)
該項(xiàng)目中，智能路障共設(shè)計(jì)有50臺，每10臺為一組，編號為A 0-9、B0-9、C0-9、D0-9、E0-9，程序?qū)γ颗_路障的不同編號設(shè)置使智能路障能夠辨別是否對控制信號做出反應(yīng)。在賽道中，可通過不同編號的智能路障調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自由的路障隊(duì)形變化，為中國智能車未來挑戰(zhàn)賽提供一個(gè)良好的比賽環(huán)境。
考慮到比賽過程中，路障的設(shè)置是分為兩排，我們設(shè)計(jì)兩臺遙控器，分別控制25臺智能路障，兩組分別對應(yīng)兩排路障。矩陣薄膜開關(guān)的0-9數(shù)字鍵對應(yīng)編號分別為0-9的智能路障個(gè)體；#字鍵對應(yīng)全選功能(25臺全選)，在全選模式下，選數(shù)字0則對應(yīng)該臺遙控器控制下的所有數(shù)字編號為0的智能路障；A，B，C，D鍵對應(yīng)前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)功能；其中A，B，C是按鍵復(fù)用，同時(shí)對應(yīng)A，B，E(其中五臺)組的各組全選功能，*字鍵作為復(fù)用信號區(qū)分鍵，在A，B，C，D作為前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)功能使用時(shí)，需同時(shí)按下*字鍵。
矩陣開關(guān)按下，提供低電平信號，主控單元通過藍(lán)牙發(fā)送信號控制智能路障。在控制智能路障前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)時(shí)，持續(xù)按下*字鍵和A，B，C，D其中一鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)智能路障持續(xù)響應(yīng)，松開按鍵則智能路障停止響應(yīng)。由于控制方式設(shè)計(jì)有單選和多選多種組合方式，可根據(jù)需要工作在最適合的控制方式下。
三、智能路障系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用創(chuàng)新理念
該路障適用性的主要原因有：
(1)簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在路障的下部固定帶有萬向輪和主動(dòng)輪的底盤，用于路障的控制和移動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的適用性和可生產(chǎn)性。
(2)易操作的遙控方法，智能路障遙控端的按鈕設(shè)計(jì)簡單方便，可以實(shí)現(xiàn)不同組合的多種控制選擇，調(diào)整隊(duì)形簡單，且可操控距離遠(yuǎn)，能夠適合于比賽中及時(shí)在不同比賽車輛到達(dá)之前調(diào)整變換隊(duì)形，形成自由變換的比賽關(guān)卡。
(3)簡單的智能路障設(shè)計(jì)，僅在原有路障的設(shè)計(jì)上增添了底盤，電池，電機(jī)，驅(qū)動(dòng)模塊，中心控制單元，藍(lán)牙模塊，設(shè)計(jì)簡單，成本可控，能夠滿足比賽需求，適合于比賽中的可能出現(xiàn)的意外損毀風(fēng)險(xiǎn)。
總結(jié)
本文介紹的智能路障系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，遙控方法易學(xué)，智能路障設(shè)計(jì)簡單且功能穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同路況下智能路障遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場遙控。該智能路障簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)適用于大型停車場，辦公樓下，修路段，交通分流等多種場景，解決了傳統(tǒng)路障部署的體力勞動(dòng)和人身危險(xiǎn)問題，協(xié)助解決城市交通難題。其低廉的成本和穩(wěn)定的功能能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品化生產(chǎn)和使用。
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