基于蓝牙技术的遥控车门系统设计

郭克友，张 沫，李 娜，陈雪洁

（北京工商大学 材料与机械工程学院，北京 100048）

蓝牙具有高速、TTD分时双工、调频、信道加密、远距离无线连接等特点，因此被广泛地应用于GPS导航系统、水电煤气抄表系统及工业现场采控系统等各类电子设备当中。为提高实验室设备以及测试设备的智能化控制程度，本文中介绍了实验室测试车辆上的遥控车门技术，该设计基于蓝牙技术，可远距离遥控开启及关闭电动车门，具有操作方便、性能稳定、节能环保、成本低廉、使用寿命长等特点［1］。

1 总体方案设计

本系统通过蓝牙手持遥控设备实现对电动车门的远距离驱动控制。控制系统基于蓝牙技术，其硬件组成主要包括蓝牙手持遥控设备和蓝牙从控电机驱动设备。手持遥控设备由LCD显示屏、4×4键盘、蓝牙模块以及MC9S12XS128MAA单片机组成。系统通过采集按键信号，将命令送入到MC9S12XS128MAA单片机中处理，并将输入的按键控制命令显示在LCD显示屏中。同时单片机根据不同的按键信号，通过串口发送相应的数据至设备中的蓝牙模块中，手持遥控设备以及从控电机驱动设备中的蓝牙模块通过无线网络建立链接，传递相应的指令和数据。从控电机驱动设备中的微处理器对蓝牙模块中接收到的数据进行处理，判断接收到的电机控制命令，并发送不同的指令和数据控制电动车门驱动电机的启动、停止以及正反转运动，从而实现电动车门的开启和关闭。蓝牙手持遥控设备与蓝牙从控电机驱动设备的系统总体结构如图1所示［2］。

2 硬件系统设计

2.1 主芯片的选择

本系统的手持遥控设备以及从控电机驱动设备均采用Freescale S12系列的16位单片机MC9S12XS128MAA，该单片机具有低功耗、片内资源丰富、集成度较高等优点，通过锁相环技术超频总线时钟可以达80MHz。具有8路PWM产生通道、8路AD采样通道、8路脉冲捕获中断通道、SPI以及SCI 通信复用接口等，完全可以满足系统设计的要求［3］。

图1 系统总体结构图

2.2 系统电源模块设计

本系统手持遥控设备选用9V碱性电池供电。碱性电池具有体积小、重量轻、价格低廉等优点，满足本设计中手持遥控设备的供电需求。MC9S12XS128MAA单片机的供电电压为5V，蓝牙转串口HC－06无线模块的工作电压为3.3V。因此本系统采用LM1117－5.0稳压芯片将碱性电池输出的9V电压降至5V供单片机使用。用MIC5205－3.3BM5稳压芯片将9V电压转换成3.3V电压，供蓝牙模块使用。手持遥控设备电源电路如图2所示［4］。

系统蓝牙从控电动驱动设备的电源部分是以稳压芯片LM2576D2T－5为核心的调压电路。车载电源提供12V电压，系统中的各控制单元的工作电压均为5 V，因此采用LM2576D2T－5芯片将12V输入电压转换为5V的输出电压，供系统内各控制单元使用［5］。蓝牙从机电机驱动设备电源电路如图3所示。

图2 手持遥控设备电源电路图

图3 蓝牙从机电机驱动设备电源电路图

2.3 手持遥控设备控制模块设计

手持遥控设备控制模块的设计主要包括键盘设计和LCD设计。电动车门的控制指令通过手持遥控设备上的4×4矩阵键盘输入，4×4矩阵键盘上的8个数据端口与MC9S12XS128MAA单片机上的8个I／O口相连。通过键盘扫描程序将控制指令送入到单片机中［6］。

系统的控制指令显示功能则通过6432LCM图形点阵型液晶显示模块实现。此液晶显示模块可显示汉字、英文字母及图形。单片机将键盘上送入的控制指令进行编译，并将控制指令显示在屏幕上，具有较强的直观性及可靠性，便于操作人员的控制。手持遥控设备电路板如图4所示。

图4 手持遥控设备电路板

2.4 蓝牙模块设计

本系统设计采用蓝牙转串口HC－06无线模块。该模块集成了英国CSR公司的主流蓝牙芯片BC417与SST公司的8M的FLASH芯片39VF800A，并且在串口模块上带有RS232接口和TTL接口，系统工作电压为3.3V［7］。

该模块兼容蓝牙V2.0协议标准。此芯片具有向前纠错编码功能，通信效率高，能够自动跳频，抗干扰能力强［8］。并且可以实现与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA 等设备的无缝连接［9－10］。

如图5所示，本系统将蓝牙转串口HC－06无线模块的UART＿TXD引脚、UART＿RXD引脚分别与MC9S12XS128MAA单片机的RXD0，TXD0相连接。电源引脚3.3V与 MIC5205－3.3BM5稳压芯片的电压输出引脚Vout相连，GND引脚共地，LED引脚处外接一个LED显示灯，用于提示蓝牙连接状态。

2.5 从控电动驱动设备电机控制模块设计

如图6所示，本系统采用2个半桥智能功率驱动芯片BTS7960B组合成一个全桥驱动器，驱动直流电机转动，控制电动车门的运动。BTS7960B是应用于电机驱动的大电流半桥集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求，因而减少了电磁干扰。集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和超温、过压、欠压、过流及短路保护功能。BTS7960B的正向导通电阻值为16mΩ，驱动电流可达43A，调节SR引脚外接电阻的大小可以调节MOS管导通和关断时间，具有防电磁干扰功能。IS引脚是电流检测输出引脚，INH引脚为使能引脚，IN引脚用于确定哪个 MOSFET导通。当IN＝I且INH＝l时，高边 MOSFET导通，OUT引脚输出高电平；当IN＝0且INH＝l时，低边MOSFET导通，OUT引脚输出低电平。通过对下桥臂开关管进行频率为25kHz的脉宽调制（PWM）信号控制BTS7960B的开关动作，实现对电机的正反向PWM驱动控制［11］。从控电动驱动设备电路板如图7所示。

图5 蓝牙模块

图6 电机控制模块原理图

3 软件设计

本系统软件部分的设计分为三部分，分别为蓝牙转串口HC－06无线模块软件设计、手持遥控设备软件设计以及从控电机驱动设备软件设计。

图7 从控电动驱动设备电路板

3.1 蓝牙转串口HC－06无线模块软件设计

本系统采用的蓝牙转串口HC－06无线模块有主机与从机之分，主机与从机之间经过配对后能进行无线通信，而从机与从机之间或主机与主机之间无法进行通信［12］。

HC－06蓝牙模块的参数可以在通行认证前，通过AT命令进行修改，其中AT命令包括测试通信命令、更改蓝牙串口通信波特率命令、更改蓝牙名称命令以及更改蓝牙配对密码命令等。这些更改后的参数可以在掉电后自动保存，所以只需在第一次使用前修改一次即可［13］。

3.2 手持遥控设备软件设计

手持遥控设备的软件设计主要实现操作者通过按下遥控器上不同的电动车门控制按键，单片机采集到按键信号，进行功能判断，并将操作者输入的控制命令显示在LCD液晶显示屏中，最终将控制命令送入串口，通过蓝牙主机模块发送给蓝牙从机模块。手持主控设备的软件设计主要包括系统初始化子程序、串口初始化子程序、按键信号采集子程序、按键控制命令判断子程序、LCD显示子程序以及发送串口数据子程序等。手持主控设备的软件设计主流程如图8所示。

3.3 从控电机驱动设备软件设计

手持遥控设备的蓝牙主机模块与从控电机驱动设备的蓝牙从机模块配对成功，建立连接后，系统将蓝牙从机模块接收到的串口数据采集到单片机中；单片机判断接收到的串口数据，执行不同的电机驱动命令。电机驱动命令包括电机正转，即电动车门开启命令；电机反转，即电动车门关闭命令；电机停止，即电动车门暂停命令。从控电机驱动设备软件设计主要包括系统初始化子程序、串口初始化子程序、PWM初始化子程序、电机运转速度设定子程序、串口信号采集子程序、电机驱动命令判断子程序、电机驱动子程序等。从控电机驱动设备软件设计主流程图如图9所示。

图8 手持主控设备的软件设计主流程图

图9 从控电机驱动设备软件设计主流程图

4 结束语

本文介绍了基于蓝牙技术的遥控车门的驱动设计，并在实体车辆上完成实验。实验结果表明：蓝牙遥控距离在良好无遮挡环境下可达100m左右，手持遥控设备控制功能稳定，电机驱动运行效果良好，可实现可靠的电动车门远距离遥控功能。

（References）

［1］黄智伟.蓝牙硬件电路［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

［2］沈会，徐青菁，叶子晟，等.基于CAN总线的电动车窗控制系统设计［J］.电力电子技术，2011，45（12）84－86.

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［4］王宜怀，曹金华.嵌入式系统设计实战［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011.

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［12］He Jian，Li Hui，Zhang Yong.Bluetooth－based authentication system for ambient intelligence［J］.Journal of Zhejiang University，2008，9（6）：770－775.

［13］Xiao Xi，Li Yongdong，Zhang Meng.A novel control strategy for brushlessDC motor drive with low torque ripples［C］.32nd Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society，2005：1660－1664.