1、2015年第2期 文章编号：10092552(2015)02006103 DOI：1013274jcnkih 201502017 远距离非接触式超声测距机器人研制 毛 鹏，范蓉蓉，孙亮亮 (南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044) 摘 要：为满足对距离检测产品的需要，设计了一种基于超声波测距的手机蓝牙小车。设计包 含两套系统：基于HCSR04的超声波距离检测和无线传输系统；基于安卓手机蓝牙控制的智能 小车系统。其优势有适应性强、灵活度高、检测范围广等。 关键词：STC单片机；超声波测距；无线数据传输；蓝牙小车 中图分类号：TP212 文献标识码：A Research on nonco
2、ntact ultrasonic distance measurement type mobile robot MAO Peng，FAN Rongtong，SUN Liangliang (School of Information and Control，Nanjtng University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China) Abstract：In order to make up the current market On the limitation of distance measurement，thi
3、s paper presents a kind of ultrasonic ranging mobile phone bluetooth car schemeThe design includes two systems：ultrasonic distance detection and wireless transmission system based on HCSR04；intelligent vehicle system Android mobile phone bluetooth based contro1Its advantages are high adaptability，hi
4、gh flexibility，wide detection range Key words：STC MCU；ultrasonic ranging；wireless data transmission；bluetooth car 为了更加全面、方便地获取环境信息，本设计方 案给出了一种通过手持端上的按键模块，遥控小车 前进、后退、左转、右转、加速和减速，并通过液晶显 示屏来显示。此外，超声波测距技术也叫非接触测 距技术，有以下特点：(1)超声波具有束射特性，可 以定向传播，在介质中传播的距离较远；(2)超声波 测距响应时间短，反应速度快，易于动态与快速测 量；(3)不必接触被测物体，操作方便，可
5、广泛应用 于日常生活、工业生产等领域。 1 总体设计方案 基于HCSR04距离检测和无线传输系统如 图l所示。本系统由两部分组成，发送数据部分 安装在可移动的蓝牙小车上，接收部分做成便携 式手持装置。发送部分由超声波测距模块HC SR04、单片机STC89C52、无线通信模块nRF24L01 组成。接收部分由无线模块nRF24L01、单片机 STC89C52、液晶显示屏LCD1602组成。在发送部 分，测距模块采集电压信号，将测得信号传送给单 片机，单片机将收到的信号传送给无线模块 nRF24L01。在接收部分，通过无线模块nRF24L01 接收现场送来的信号后，然后将数据显示在液晶 显示屏上
6、。 基于安卓手机蓝牙控制的智能小车系统结构如 图2所示。系统由两部分组成，小车移动部分和安 卓手机部分。小车部分包含除前文系统中提到的发 送部分以外的全部小车组件：小车组件(底盘、车 轮、电机)、电机驱动模块L298N、单片机STC89C52、 蓝牙模块HC一05。手机部分包含小车控制程序和 手机原有组件。小车上电后，打开手机蓝牙进行匹 配，对照手机界面，控制小车移动。 收稿日期：2014一O319 基金项目：江苏省大学生创新计划项目(BJG008145) 作者简介：毛鹏(1979一)，男，博士，研究方向为电力电子与电力传动。 一61 、r( D I A VCC 一 厂 _上 ENB VDD
7、lO l 3 11 4 CS A OUT1 12： I f Cs OUT2 一也 I ： _量 1 14 1 I 上 2 OUIr4 I ： l 矾3 一 【 量 l5 4 GND L298N 图5 L298N外围连接电路 3 系统软件设计 31手机蓝牙程序 因为Android手机本身集成蓝牙模块，所以只 需要进行JAVA的上位机编程。使用蓝牙进行通信 主要有四个步骤：设置蓝牙、搜索设备、连接设备和 传输设备。流程图如图6所示。手机程序启动后可 在界面中央看到4个按键：前进、后退、左转、右转。 与蓝牙模块匹配后，用户按住任意一个按键时手机 向蓝牙模块发送对应的数字信号。这样用户就能通 过触屏的
8、方式轻松操控小车。 I搜索蓝牙模块并匹配 J 等待信号 数据包赋值并发送I 图6手机蓝牙程序流程图 32蓝牙小车控制程序 此部分使用单片机STC89C52实现。用Keil 编程软件及c语言编写程序。程序实现的功能是 接收手机蓝牙程序发送的数字信号并根据不同信 号对小车的电机驱动发送对应的指令，进而使小 车按要求运行。流程图如图7所示。蓝牙模块上 电后，自动搜索手机蓝牙并匹配。小车根据指令 进行移动。 33超声波测距程序 常温下，超声波在空气中的传播速度大概是 340ms，因此障碍物到发射探头之间的距离可用公 式计算为：S=340t2=170t。在单片机内部定 时器的计时实际上就是对机器周期 的
9、计数，而本 设计中时钟频率fosc取110592blHz，设计数值， 则：T=12lose=1 s；=NT=N(12fosc)(s)； S=170NT=170N(12lose)(m)；在程序中 按式S=170NT=170(12fosc)计算距 离。超声波测距模块时序如图8所示，流程图如图 9所示。 厂 搜索手机蓝牙并匹配 读数转为控制信号L 控制信号发给驱动 图7蓝牙小车控制程序 图8超声波测距检测程序 图9距离显示程序 34无线超声波测距显示程序 此部分使用单片机STC89C52实现。程序实现 功能是将无线接收模块接收的数据显示在液晶显示 屏LCD1602上。流程图如图9所示。程序启动后 (
10、下转第68页) 一63 Symposium onIEEE，2013：219223 7葛少云，贾鸥莎，刘洪基于遗传灰色神经网络模型的实时电价条 件下短期电力负荷预测J电网技术，2012，36(1)：224-229 8王伟能，王志强，杨帅智能电能表中窃电与防窃电技术分 析J湖南电力，2013，32(5)：3O一31 9Depuru S S S R，Wang L，Devabhaktuni VElectricity theft：Over- view，issues，prevention and a smart meter based approach to con- troltheftJEnergyPo
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22、初始化，等待数据。若数据传输成功则向 发送方作出应答，进行后续步骤；若数据传输失败则 重新得到发送方数据。得到正确数据后，将其按指 定格式显示。 4 结束语 本文设计了一种超声波测距的手机蓝牙小车， 它具有如下优点：(1)适应性强：可适应各种常见工 作环境，受环境变化影响小，测量精度稳定；(2)携 带便捷：随取随用，可以极快地应用于新场地，使用 灵活快捷；(3)检测范围广：小车由人控制在某区域 内巡逻，能动态检测很大的范围。 一68 参考文献： 1周瑛，杨盛国，黄凌云基于蓝牙技术遥控小车的没计与实 现J福建师范大学福清分校学报，2012(5)：l822 2王保罗Java面向对象程序设计M北京：清华大学出版社， 2oo3 3陈崇明，郝国法，钱龙。基于STC单片机的雷达行车防撞测控仪 设计J信息技术，2010(10)：139142 4刘升平，王剑，葛红超声波测距系统的开发与研究J计算机 工程与应用，2009(4)：7884 5梁小流，陈炳森，梁建和基于89S52汽车防撞雷达系统设 计J机电工程技术，2011，10(4)：4951 6刘典文，等基于单片机STC89C51设计的超声波测距仪J 中国新技术新产品，2010(8)：1617 责任编辑：么丽苹
