引 言
現代的手機無線遙控小車技術起源于美國。由于戰事的牙智需求、人工智能的手機面世及芯片半導體技術的量化級進步，軍事領域尤其需要各種不同于人類直接操作的牙智機器人，用于排雷、手機布雷、牙智收集情報等。手機隨著技術的牙智發展，手機已成為人人必備的手機工具，很多家居用品可通過手機互聯。如果能將當下成熟的智能手機技術及人工智能領域方面的技術結合用于智能小車的開發，就可避免傳統專用智能車在開發時對無線收發遙控面板的過度依賴。本文在當下人工智能機器人研究背景下， 提出并設計了一款可遠程監控的由智能手機控制的無線監控小車機器人 [1]。
1 原 理
本文設計的智能小車借鑒了人工智能等領域相關技術， 智能機可通過無線藍牙通信方式控制小車運動狀態，并通過無線方式監控智能車運動范圍附近的圖像信息 [2]。
2 設計流程
2.1 智能小車設計流程圖
智能手機端 APP 發送小車運動狀態指令，通過無線藍牙方式發送到小車藍牙接收端，智能車控制芯片解碼，通過小車上藍牙服務端接收到的運動狀態指令調用相關控制小車運動狀態的子程序，結合 L298N 電機驅動模塊驅動小車電機， 實現小車與用戶的簡易人機互動 [3-4]。智能小車設計流程如圖 1 所示。
智能小車上搭配有安卓智能機，安卓智能機攝像頭將小車運動附近的實時圖像通過無線方式實時傳輸到后端電腦Java 服務器端。智能小車無線視頻監控采集設計流程如圖 2 所示。
2.2 智能車的動力供應系統
本文設計的智能車動力供應系統由 6 節 1.5 V 干電池組成。其中，智能小車控制芯片、小車藍牙指令接收芯片及小車電機驅動芯片 L298N 所需電壓為 5 V，智能小車電機所需電壓為 9 V。因此，本文電力供應系統需 7805 三端穩壓模塊， 將電源 9 V 動力電壓轉換至 5 V 供系統單片機、藍牙和 L298N 電機驅動模塊使用 [5]。智能車的電力供應系統如圖 3 所示。
2.3 智能車電機驅動模塊
L298N 電機驅動模塊驅動原理如圖 4 所 示。 其 中，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間分別接兩個電機 ；IN1， IN2，IN3，IN4 引腳從單片機輸入控制電平，控制電機正反轉 ； ENA，ENB 接控制使能端，控制電機停轉。
圖 4 L298N 電機驅動原理圖
本文設計的智能小車選用 L298N 電機專用驅動芯片。L298N 通過單片機 I/O 改變芯片控制端的電平，即可對電機進行正反轉、停止等操作。輸入引腳與輸出引腳的邏輯關系見表 1 所列 [6]。
由表 1 可知，當小車左右兩個電機均正轉時，小車前行 ； 當小車兩個電機均反轉時，小車后退 ；當小車左電機正轉， 右電機停止時，小車右轉 ；當小車左電機停止，右電機正轉時， 小車左轉。
2.4 智能小車藍牙通信模塊
本文智能車藍牙通信系統包含如下兩部分 ：
(1) 手機藍牙端用來對智能車藍牙接收端發送 A，B，C，D，F等 5 條指令，這 5 條指令分別代表控制小車前進、后退、左轉、右轉、停止 ；
(2) 主程序主要是在單片機的控制下，對藍牙模塊輸入的信息進行存儲分析，控制電機驅動，以達到控制小車運動狀態的目的。
單片機定時讀取藍牙模塊的串口數據，若串口數據被讀出，則對數據進行分析 [7]。
2.5 智能小車 APP手機藍牙客戶端的設計
智能小車手機藍牙端 APP 基于 MIT APP Inventor 軟件第三方開發平臺而設計。MIT APP Inventor 軟件適合于沒有計算機 APP 專業知識的用戶，基于此平臺可進行人工智能機器人手機控制端 APP 項目的開發。因此本文選擇 MIT APP Inventor 開發平臺開發安卓 APP，在一定程度上簡化了開發者的工作量與 APP 開發的難度。小車 APP 開發界面如圖 5所示。小車 APP 控制界面如圖 6 所示。
首先通過藍牙連接按鍵與智能車藍牙接收端相連接，當手機藍牙客戶端與小車上的藍牙服務端模塊確認連接后，用戶即可通過圖 6 所示 APP 界面的前、后、左、右、停等指令，分別控制小車的前進、后退、左轉、右轉、停止 [8]。APP 藍牙按鍵功能開發流程如圖 7 所示。
2.6 智能小車無線視頻傳輸模塊
智能車無線圖像實時采集和反饋的基本過程 ：智能車上搭載的安卓智能手機攝像頭作為客戶端，將采集到的每一幀圖像數據通過無線 WiFi 方式發送出去，PC 作為服務端，通過 Java 語言編寫的智能車圖像反饋接收端接收并顯示每一幀圖像信息，實現智能小車運動視野范圍內信息的高清及時采集與傳輸。智能車輛圖像的實時無線傳輸實物如圖 8 所示。
圖 8 智能車輛圖像的實時無線傳輸
智能車圖像采集端通過 Eclipse 安卓開發平臺開發的APK 軟件，將安卓手機的無線攝像頭作為圖像采集端，PC 上圖像實時傳輸的接收端窗口通過 Eclipse 中的 Java 工程編譯生成。
2.7 智能小車設計創新
在本文智能車的設計中，摒棄了傳統的無線收發器和遙控面板，經過多年使用，需要加強系統的抗干擾功能 ；智能車的無線控制終端采用 Android 智能機 APP 藍牙控制 ；圖像采集模塊基于安卓智能機的攝像頭，實現圖像的高清采集，圖 9 小車反電勢難點解決措施比傳統的智能車攝像頭采集的圖像更加清晰 [9]。
2.7.1 智能小車優勢
本文設計的智能小車能以手機控制平臺、藍牙通信模塊、單片機控制模塊及電機驅動模塊等硬件模塊，實現小車的前進、后退、前左轉彎、前右轉彎、后左轉彎、后右轉彎等功能， 且功能容易實現并能激發開發者的興趣。目前市場上流行的嵌入式操作系統研發的智能小車開發難度大，且二次開發入手難，很難滿足普通科研用戶的需求，一般只用于企業量化研發 [10]。本文智能小車搭載安卓智能機攝像頭，圖像更清晰， 且圖像傳輸模塊開發難度較低，二次開發拓展價值大。
2.7.2 智能小車反電勢技術難點
智能小車在研發調試過程中，電機線圈運轉時兩邊會產生反電勢，對智能車 L298N 形成沖擊，易造成損壞，特別當反電勢大于電源電壓或負電壓時更易損壞 L298N，所以在每根線上都加有 2 個二極管（一般采用 1N4007）進行保護。IN4007 導通電壓為 0.7 V， 能把倒灌回來的電壓鉗制在 -0.7 ～ 0.7 V 之間。小車電機反電勢解決措施如圖 9 所示。
2.7.3 智能小車未來擬研究點
未來擬結合嵌入式系統的智能小車研究領域，一方面嘗試實現小車車身攝像頭的旋轉 ；另一方面嘗試解決延長小車長時間無線通信功耗的問題。
3 結語
本文設計的智能車以 STC89C52 單片機為核心，通過藍牙通信控制 APP 和單片機，控制電機驅動實現正負旋轉，繼而實現手機遠程控制及運動視野范圍內圖像信息的實時監控反饋。該智能車融合了物聯網和智能家居產品的熱門技術， 具有較好的學習和科研價值。
