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蓝牙技术

蓝牙智能路障系统


基于蓝牙控制技术的智能路障系统

随着车辆增多,城市交通难题也日益凸显,路障是交通管理手段的必备设施,传统路障是由人工布置移动,工作人员有被车辆撞伤的危险,采用智能路障系统可以避免被车撞的危险,减少体力劳动。随着智能城市与智慧交通的不断发展,在无人驾驶车领域,我国的研究已经取得了长足发展,在测试过程中,仍有不可控的危险,在中国智能车未来挑战赛中,在修路环节,采用智能路障系统,远程遥控路障队形的变换,预防危险、保护参赛人员的人身安全。

一、智能路障系统总体设计

考虑到比赛使用的功能需求和成本控制,该设计方案中,智能路障主要分为控制单元和无线模块两个部分,采用较为稳定的遥控设计,并设计专用的遥控器作为控制端。使用STM32F103系列单片机作为智能路障和遥控器的主控单元,无线传输模块采用可主从一体蓝牙芯片HC-05。由于智能路障在比赛中损耗较大,为保证比赛损耗,需有足够的智能路障数量,本设计在满足比赛功能需求和数量需求的基础上,实现成本的控制。

1.1智能路障硬件电路设计

从机械结构来看,智能路障分为上部的路障和下部的可移动轮式底板,路障和底板采用螺丝固定在一起。底板下装有两个主动轮和一个从动轮,主动轮上各装有一个直流电机,底板上固定有电机驱动模块L298N,核心控制单元STM32,蓝牙芯片HC-05,7.2V可充电锂电池。遥控端采用STM32作为主控单元,4*4矩阵薄膜开关作为遥控按键,5V干电池作为电源供电。系统硬件框图如图1所示。

图 1 智能路障系统硬件框图

L298N内部集成了两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可驱动感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。

该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。L298N直接驱动两台直流电机,分别为M1和M2。引脚A,B接5V,电机工作在最高速状态,输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平,电机M1正转。信号端IN1接低电平,IN2接高电平,电机M1反转。控制M2是同样的方式。

1.2智能路障软件设计

软件设计上,我们采用的主控单元是STM32,16位的微控制器,时钟频率可达72MHz,功耗36mA,具有性能强大,超低功耗的优势。满足我们的设计需求并且能够长时间待机,经检测,在不使用情况下,待机可达48小时,连续测试状态下,可持续工作超过一个小时,完全满足我们的使用需求。接通电源后,程序进行初始化设置,智能路障工作在待机状态下,蓝牙模块一直检测是否接收到控制信号,智能路障蓝牙模块接收到信号后,将控制信号发送到智能路障控制单元,根据相应的控制信号,做出前进,后退,左转,右转的动作,实现智能路障的移动,达到路障队形变化的要求。

1.3智能路障蓝牙设计

蓝牙是一种无线技术标准,它可以实现固定设备、移动设备的数据传递。本设计使用的HC-05蓝牙模块可以与STM32系列单片机主控芯片进行全双工通信,即两者可以互相读写。比如从蓝牙模块发送数据,HC-05的写端(TXD)与单片机主控芯片的读端(RXD)相连接,即可实现通信;反之HC-05的读端(RXD)与单片机主控芯片的写端(TXD)相连接。连接时需要注意两对读写端交叉连接,而且两者需要共地(本蓝牙模块有电源端共4个脚,不需要单独再接)。

遥控器和智能路障通过蓝牙模块进行无线通信,遥控器端蓝牙设置为主模式,智能路障端蓝牙设置为从模式。两台遥控器设置不同的密码,可以区分两台遥控器控制两组智能路障。根据控制端按键按下方式,不同编号的智能路障进行响应。经测试,我们选用的蓝牙芯片可达到室外20米的控制距离,完全可以满足我们的设计要求。

二、蓝牙智能路障系统遥控端设计

该项目中,智能路障共设计有50台,每10台为一组,编号为A 0-9、B0-9、C0-9、D0-9、E0-9,程序对每台路障的不同编号设置使智能路障能够辨别是否对控制信号做出反应。在赛道中,可通过不同编号的智能路障调整,实现自由的路障队形变化,为中国智能车未来挑战赛提供一个良好的比赛环境。

考虑到比赛过程中,路障的设置是分为两排,我们设计两台遥控器,分别控制25台智能路障,两组分别对应两排路障。矩阵薄膜开关的0-9数字键对应编号分别为0-9的智能路障个体;#字键对应全选功能(25台全选),在全选模式下,选数字0则对应该台遥控器控制下的所有数字编号为0的智能路障;A,B,C,D键对应前进,后退,左转,右转功能;其中A,B,C是按键复用,同时对应A,B,E(其中五台)组的各组全选功能,*字键作为复用信号区分键,在A,B,C,D作为前进,后退,左转,右转功能使用时,需同时按下*字键。

矩阵开关按下,提供低电平信号,主控单元通过蓝牙发送信号控制智能路障。在控制智能路障前进,后退,左转,右转时,持续按下*字键和A,B,C,D其中一键,能够实现智能路障持续响应,松开按键则智能路障停止响应。由于控制方式设计有单选和多选多种组合方式,可根据需要工作在最适合的控制方式下。

三、智能路障系统设计实用创新理念

该路障适用性的主要原因有:

(1)简单的机械结构,在路障的下部固定带有万向轮和主动轮的底盘,用于路障的控制和移动,机械结构简单稳定,具有很强的适用性和可生产性。

(2)易操作的遥控方法,智能路障遥控端的按钮设计简单方便,可以实现不同组合的多种控制选择,调整队形简单,且可操控距离远,能够适合于比赛中及时在不同比赛车辆到达之前调整变换队形,形成自由变换的比赛关卡。

(3)简单的智能路障设计,仅在原有路障的设计上增添了底盘,电池,电机,驱动模块,中心控制单元,蓝牙模块,设计简单,成本可控,能够满足比赛需求,适合于比赛中的可能出现的意外损毁风险。

总结

本文介绍的智能路障系统,机械结构简单,遥控方法易学,智能路障设计简单且功能稳定,能够实现在不同路况下智能路障远程控制或现场遥控。该智能路障简单实用的设计适用于大型停车场,办公楼下,修路段,交通分流等多种场景,解决了传统路障部署的体力劳动和人身危险问题,协助解决城市交通难题。其低廉的成本和稳定的功能能够实现产品化生产和使用。

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