藍牙技術
藍牙智能路障系統(tǒng)
基于藍牙控制技術的智能路障系統(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施，傳統(tǒng)路障是由人工布置移動，工作人員有被車輛撞傷的危險，采用智能路障系統(tǒng)可以避免被車撞的危險，減少體力勞動。隨著智能城市與智慧交通的不斷發(fā)展，在無人駕駛車領域，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，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)，遠程遙控路障隊形的變換，預防危險、保護參賽人員的人身安全。
一、智能路障系統(tǒng)總體設計
考慮到比賽使用的功能需求和成本控制，該設計方案中，智能路障主要分為控制單元和無線模塊兩個部分，采用較為穩(wěn)定的遙控設計，并設計專用的遙控器作為控制端。使用STM32F103系列單片機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，本設計在滿足比賽功能需求和數(shù)量需求的基礎上，實現(xiàn)成本的控制。
1.1智能路障硬件電路設計
從機械結(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。底板下裝有兩個主動輪和一個從動輪，主動輪上各裝有一個直流電機，底板上固定有電機驅(qū)動模塊L298N，核心控制單元STM32，藍牙芯片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H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可驅(qū)動感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，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)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。L298N直接驅(qū)動兩臺直流電機，分別為M1和M2。引腳A，B接5V，電機工作在最高速狀態(tài)，輸入信號端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機M1正轉(zhuǎn)。信號端IN1接低電平，IN2接高電平，電機M1反轉(zhuǎn)?？刂芃2是同樣的方式。
1.2智能路障軟件設計
軟件設計上，我們采用的主控單元是STM32，16位的微控制器，時鐘頻率可達72MHz，功耗36mA，具有性能強大，超低功耗的優(yōu)勢。滿足我們的設計需求并且能夠長時間待機，經(jīng)檢測，在不使用情況下，待機可達48小時，連續(xù)測試狀態(tài)下，可持續(xù)工作超過一個小時，完全滿足我們的使用需求。接通電源后，程序進行初始化設置，智能路障工作在待機狀態(tài)下，藍牙模塊一直檢測是否接收到控制信號，智能路障藍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)相應的控制信號，做出前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)的動作，實現(xiàn)智能路障的移動，達到路障隊形變化的要求。
1.3智能路障藍牙設計
藍牙是一種無線技術標準，它可以實現(xiàn)固定設備、移動設備的數(shù)據(jù)傳遞。本設計使用的HC-05藍牙模塊可以與STM32系列單片機主控芯片進行全雙工通信，即兩者可以互相讀寫。比如從藍牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，HC-05的寫端(TXD)與單片機主控芯片的讀端(RXD)相連接，即可實現(xiàn)通信；反之HC-05的讀端(RXD)與單片機主控芯片的寫端(TXD)相連接。連接時需要注意兩對讀寫端交叉連接，而且兩者需要共地(本藍牙模塊有電源端共4個腳，不需要單獨再接)。
遙控器和智能路障通過藍牙模塊進行無線通信，遙控器端藍牙設置為主模式，智能路障端藍牙設置為從模式。兩臺遙控器設置不同的密碼，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行響應。經(jīng)測試，我們選用的藍牙芯片可達到室外20米的控制距離，完全可以滿足我們的設計要求。
二、藍牙智能路障系統(tǒng)遙控端設計
該項目中，智能路障共設計有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_路障的不同編號設置使智能路障能夠辨別是否對控制信號做出反應。在賽道中，可通過不同編號的智能路障調(diào)整，實現(xiàn)自由的路障隊形變化，為中國智能車未來挑戰(zhàn)賽提供一個良好的比賽環(huán)境。
考慮到比賽過程中，路障的設置是分為兩排，我們設計兩臺遙控器，分別控制25臺智能路障，兩組分別對應兩排路障。矩陣薄膜開關的0-9數(shù)字鍵對應編號分別為0-9的智能路障個體；#字鍵對應全選功能(25臺全選)，在全選模式下，選數(shù)字0則對應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鍵對應前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)功能；其中A，B，C是按鍵復用，同時對應A，B，E(其中五臺)組的各組全選功能，*字鍵作為復用信號區(qū)分鍵，在A，B，C，D作為前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)功能使用時，需同時按下*字鍵。
矩陣開關按下，提供低電平信號，主控單元通過藍牙發(fā)送信號控制智能路障。在控制智能路障前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)時，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，松開按鍵則智能路障停止響應。由于控制方式設計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)設計實用創(chuàng)新理念
該路障適用性的主要原因有：
(1)簡單的機械結(jié)構(gòu)，在路障的下部固定帶有萬向輪和主動輪的底盤，用于路障的控制和移動，機械結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，具有很強的適用性和可生產(chǎn)性。
(2)易操作的遙控方法，智能路障遙控端的按鈕設計簡單方便，可以實現(xiàn)不同組合的多種控制選擇，調(diào)整隊形簡單，且可操控距離遠，能夠適合于比賽中及時在不同比賽車輛到達之前調(diào)整變換隊形，形成自由變換的比賽關卡。
(3)簡單的智能路障設計，僅在原有路障的設計上增添了底盤，電池，電機，驅(qū)動模塊，中心控制單元，藍牙模塊，設計簡單，成本可控，能夠滿足比賽需求，適合于比賽中的可能出現(xiàn)的意外損毀風險。
總結(jié)
本文介紹的智能路障系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)簡單，遙控方法易學，智能路障設計簡單且功能穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同路況下智能路障遠程控制或現(xiàn)場遙控。該智能路障簡單實用的設計適用于大型停車場，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和人身危險問題，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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