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2016电气、电子和系统工程进展国际会议，2016年11月14日至16日，普特拉贾亚，马来西亚
基于Android应用程序的监控和通过蓝牙遥控移动安装各种传感器的控制机器人汽车
德巴伦·查克拉博蒂，康库沙玛，拉姆·基肖尔·罗伊，希达姆·库马吉特·辛格还有图什·贝兹伯鲁阿
阿萨姆邦古瓦哈提大学电子与通信技术部
摘要
我们通过组装开源硬件、蓝牙模块和先进的传感器，设计和开发了一种结构简单的机器人汽车。我们还开发了一个运行在智能手机上的Android应用程序，它通过蓝牙监视和控制机器人的操作，并且还可以访问传感器数据。采用基于超声波测距传感器的自动障碍物检测和预防算法对小车进行编程。为了监测目的，我们在目前的工作中只考虑了温度和湿度。但也有连接其他传感器的规定，基于要求的爆炸探测器或核辐射探测器。安装数字单线温湿度传感器，实时监测周围介质的温湿度。这些参数的数据显示在远程运行的android应用程序上。除此之外，这款车还能够通过基于IP的网络摄像头传输实时流视频，这有助于远程监控和控制移动。该系统提供存储数据并从在线数据库中检索数据以供分析。本文讨论了系统的硬件设计、软件方面和测试结果。
关键词
-Android应用程序；Arduino板；机器人汽车；蓝牙技术；温度和湿度监测；直播视频；数据库。
I.生产
现代机器人系统具有自智能信号处理、无线连接、生物传感能力、收集周围信息并将其传输到远程站、控制和监测机制等先进特点。智能手机技术已经有了很大的发展。由于系统在芯片(SOC)技术上的进步，它在单个集合中包含了许多特性。进入市场的主要智能手机支持多种功能，如各种通信方法，蓝牙、Wi-Fi等。并且具有很高的存储容量。它为现代技术的显著变化开辟了新的研究领域。由于蓝牙无线标准的加入，数字设备之间的通信技术得到了真正的改变。它已经将传统的有线设备转变为无线，没有任何数据或入侵的风险。它在个人区域网络(PAN)上运行，可在10米范围内有效使用。这项技术已广泛应用于平板电脑、笔记本电脑、打印机和笔记本电脑[1-3]。由于android的许多灵活性特性，它在智能手机中得到了广泛的应用。Android是Linux中的开源平台。它提供了一个完整的软件堆栈，包括操作系统和它的软件开发工具包(SDK)是免费提供的。它可以很容易地根据开发人员的需求定制，并且在很短的时间内可以创建一个有效的应用程序。智能手机与现实世界的通信能力由于使用Android而大大提高[4-6]。
本文通过组装开源硬件、蓝牙模块和先进传感器，提出了一种结构简单的机器人汽车。一个Android应用程序，运行在连接到ArduinoUNO微控制器(mu;C)的远程设备上，通过蓝牙模块安装在机器人汽车上，用于访问传感器数据。
II.实验装置
我们开发了一种由机械设计和电子控制车轮组成的机器人汽车。汽车的右轮和左轮分别连接到右电机和左电机。要使汽车转向正确的方向，只有正确的电机驱动正确的车轮。而对于左转，只有左电机驱动车轮。汽车在前进方向和后退方向的运动是通过两个电机同时旋转两个车轮来控制的。这两个电机通过单电机驱动器ICL293D接口mu;C。在机器人小车前端安装超声波测距仪模块。该模块用于在前进方向运动过程中，在5厘米的距离内检测障碍物。在汽车上安装了一个有线DHT11温湿度传感器，以监测其在不同环境下移动的参数。我们还开发了一个Android应用程序，它运行在Android设备上，基本上用于汽车的定向运动控制和访问安装在它上的传感器。安装在机器人汽车上的蓝牙模块用于在远程运行的Android应用程序和机器人汽车之间建立通信。如图所示，系统的核心是ArduinoUNO微控制器(mu;C)。它连接到蓝牙进行串行通信，并配置为主从模式，以便它可以传输和接收数据。
通过蓝牙实现遥控机器人小车的完整框图如图所示：
图1：蓝牙技术遥控机器人框图
系统软硬件模块如下：
a.硬件说明
基于Android应用程序的机器人汽车系统由两个主要的硬件组件组成：（1）Android设备和（2）机器人汽车。在设备中运行的android应用程序使用户能够访问和控制汽车的操作。遥控机器人小车的完整硬件电路图如图所示。电路的完整硬件组件描述如下：
bull;ArduinoUNO：ArduinoUno是基于Atmega328的Atmelavrmu;C板。它有14个数字输入/输出(IO)引脚，6个模拟输入引脚，并有一个16兆赫的晶体振荡器。该板包含使用mu;C设计和开发系统所需的一切。它具有车载功能，如电源插孔、ICSP头、USB连接器和复位按钮。它可以很容易地通过USB电缆连接到计算机上。要开始，有许多选择提供权力。它可以通过USB电缆提取电源，也可以用交流直流适配器供电，或者简单地连接到电池[7]。
bull;蓝牙模块HC-05：蓝牙模块HC-05是无线技术标准。它提供了两个系统之间在大约10米距离内无线交换信息的媒介。数据交换是利用工业科学和医疗(ISM)频段的短波超高频(UHF)无线电波从固定设备和移动设备以及建筑个人区域网络(PAN)进行的)。该模块充当远程机器人汽车和基于Android的智能手机[8]之间的网络设备。
bull;步进电机：步进电机是最广泛使用的将电脉冲转换为机械运动的设备。在机器人汽车中，它是通过连接车轮到这些马达来进行位置控制的。在这两个步进电机的帮助下，机器人汽车的后端两个车轮可以顺时针和逆时针方向旋转。
bull;L293D：L293DIC是电机驱动IC，作为Arduinounomu;C和电机之间的中间级，用于双向旋转。它可以同时驱动两个电机。
超声波测距仪模块HC-SR04：
bull;超声波传感器HCSR04的测距原理是基于将人类无法听到的超声波发射到空气中。它从前面的障碍物探测反射波。传感器使用声纳波来测量物体的距离。它具有从0.02米到0.40米的非接触距离测量，精度可达3mm。该传感器在同一模块[9]上具有超声波发射机、接收机和控制电路。模块HCSR04安装在机器人汽车的前端，用于测距以运动方式到来的障碍物，如图所示。3.最初，模块的触发引脚必须设置在逻辑高(5V)，以便至少10mu;s开始测距障碍物。由于这一作用，传感器模块的发射部分在40kHz处发射8个周期的超声波突发，接收部分初始化以接收来自障碍物的反射突发。当传感器模块检测到反射的超声波突发时，它将回声引脚设置为逻辑高(5V)，时间与障碍物的距离成正比。
bull;DHT11传感器：DHT11是一种数字温湿度传感器。传感器的工作原理是基于协议请求，确认和响应信号。湿度传感原理基于电容技术，温度基于材料[10]的负温度系数
图2：遥控机器人汽车的完整电路图
b.软件模块
本系统的软件模块可分为以下几个部分：Arduino软件(IDE)：Arduino集成开发环境(IDE)用于编写和调试程序。IDE包含一个用于编写程序的文本编辑器、一个文本控制台、一个消息区域、一个带有各种按钮的工具栏，用于通用函数和菜单。与arduino硬件连接，上传.hex文件，建立通信[11]。
bull;Java开发工具包(JDK)：Java开发工具包(JDK)是用于开发Java应用程序和应用程序的软件开发环境。对于Android应用的开发，java被广泛使用。
bull;Eclipse：Eclipse是用于java和其他编程语言的开源集成开发环境(IDE)，为开发提供了通用的工具集。为了定制环境，它包含一个基本工作区和一个插件系统。Eclipse主要是在Java上编写的，它的主要用途是开发Java应用程序。Eclipse软件开发工具包(SDK)包含Java开发人员的Java开发工具。用户可以通过安装为Eclipse平台编写的其他编程语言的插件来扩展其功能，并且可以编写和贡献自己的插件模块。
bull;Android的app.inventor：AppInventor是一个基于开源云的工具，用于构建Android应用程序。此Web应用程序为新来者提供所有支持，以学习和创建Android操作系统(OS)的软件应用程序)。它使用一个简单的图形用户界面(GUI)，它允许用户拖拽视觉对象来创建一个可以在Android设备[12]上运行的应用程序。
bull;IP网络摄像头：IP网络摄像头是一款android应用软件，它通过Wi-Fi连接将手机的摄像头实时传输，以供远程观看。它提供多个查看选项在任何平台与VLC播放器或网页浏览器[13]。
III.工作原则
本实验给出了完成实验装置的工作原理如下：
a.工作机制
包括配置为IP网络摄像头的手机。机器人的心脏是Arduinomu;C。在一开始，我们必须通过单击列表视图按钮来选择所需的蓝牙模块。一旦蓝牙模块和应用程序之间建立了连接，系统就可以进行进一步的活动了。当用户在运行Robot_ect.apk应用程序的Android设备中按下特定按钮时，它将为汽车运动传输数据。安装在汽车上的蓝牙模块接收数据并将其转发给mu;C。然后，mu;C将接收到的信号数据解码为机器人运动所需的指令。它还向电机驱动器提供指令。根据电机接收到的指令，机器人向各自的方向移动。
图3：安装有各种传感器和IP摄像机的机器人汽车的快照
为了测距障碍物，机器人汽车在前端安装了超声波传感器。传感器连接到mu;C的方式，它可以检测5cm范围内的任何障碍。该mu;C的编程方式是，当机器人汽车检测到范围内的任何障碍时，它将向后方向移动一秒，不会有任何延迟，如果有的话，它会再次感知障碍。还将DHT11温湿度传感器安装在机器人小车上，实时监测周围介质的温湿度。传感器直接连接到mu;C板上。温度和湿度的实时数据通过蓝牙传输到Android设备。Android应用程序接收的数据显示在应用程序中可用的串行监视器中。将手机摄像头配置为IP网络摄像头，安装在前端的机器人车上，捕捉视频。一个Android应用程序IPWeb.apk用于捕获视频的实时流。然后在具有IP地址http:/10.10.170.133：8080的网页中监视实时视频流。
b.申请须知
Robot_ect.apk是一个内置在App.inventor中的android应用程序。它与市场上所有的现代安卓版本兼容。
该应用程序有三个主要特点，即：（1)能够远程控制机器人的运动；(2)实时监测温度和湿度；(3）蓝牙连接。
它由两个框架组成，一个用于监测目的，另一个用于控制机器人的运动。第一帧包括列表视图和标签。列表视图用于选择特定的蓝牙模块。应用程序中的标签用于显示°C中的温度和相对湿度%。下一个框架由五个按钮组成，即(A)FOREWARD，(B)BACKWARD，(C)LEFT，(D)右和(E)停止。这些按钮用于机器人汽车在所有可能的方向上的运动。为了将机器人汽车移动到特定的方向，用户需要按一个特定的按钮。
IV.结果和讨论
表1显示了Android手机传输的数据，当用户按下特定的按钮时。表2显示了Android应用程序中监视的温度和湿度。然后将温度读数与标准温度计读数进行比较，发现它们是准确的。该系统在三种不同的环境下进行了多次测试，结果是准确的。
图4显示应用程序在移动电话中运行的快照
v.结论
我们设计并开发了一款通过蓝牙进行远程监控的机器人小车的硬件和应用程序。该系统在三个不同的环境中进行了10次测试，发现其高度稳定。因此，该原型可能适合业界的研究人员和系统开发人员使用，作为开发自己系统的权衡。
参考资料
[1]海迪·蒙森“蓝牙技术和实现”，约翰·威利，1999年。
[2]官方蓝牙网站来自蓝牙SIGwww。蓝牙。浏览日期：2016年1月08日
[3]N.Sriskanthan和TanKarande，“基于蓝牙的家庭自动化系统”，Elsevier微处理器和微系统杂志，第一卷。26页。281—289,2002.
[4]Android开发者指南。AndroidArchitecture，[在线]https://developer.android.com/guide/index.html2013.
[5]R.Piyare和M.Tazil，“基于蓝牙的家庭自动化系统使用手机”，IEEE15th国际消费电子研讨会，2011年，p192-p19
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