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基于Arduino的智能小车设计 1

Design of An Arduino-based Smart Car 6

Android：移动环境的变更者 12

Android: Changing the Mobile Landscap 19

基于Arduino的智能小车设计

Zhao Wang, Eng Gee Lim, Weiwei Wang, Mark Leach, Ka Lok Man.

西交利物浦大学，苏州，中国

Enggee.lim@xjtlu.edu.cn

摘要

遥控车是目前大众市场上最受欢迎的玩具产品之一。每一类车都有一个特定的遥控器。这给用户提出了一个很关键的问题，当原有的遥控器损坏时，拿什么来替代这个遥控器呢。在这项工作中，一个机器人装载了外部Arduino单片机，单片机是通过Android应用程序中的蓝牙控制的，这项工作可作为嵌入式系统与Android移动设备的组合的原型进行研究。

关键词：遥控，智能小车，Android。

引言

尽管智能手机的历史比较短，Android智能手机也占据了全球市场份额的81%。相较于iPhone操作系统（IOS）和Windows手机分别占整体市场的12.9%和3.6%[1]。随着智能手机拥有者数量的迅速增加，数以百万计的Android应用程序（Android apps）已经发展到旨在提高生活的各个方面，包括家庭自动化系统，日常安排，移动数据库和娱乐系统。作为这种功能集成在便携式设备的结果，在如今数字与垂直的环境中人类的存在至关重要。一种可能性是嵌入式系统和人工操作来控制外部设备的兼容。

Arduino被设计为一个开源电子原型平台，它为热情的用户提供原理图和灵活的开发工具，以做出可以产生互动的物体或环境。Arduino可以用来感知周围环境并利用各种传感器来读取数据并对输入的数据进行解释然后进行相应的反应，例如通过其控制电机或传输数据[2]。

自2010以来，在整个PC，手机和其他终端设备范围中，Android一直被认为是使用最为广泛的操作系统，且在iPhone，Black Berry和其他操作系统之上的。它是由谷歌开发的一个开源的移动平台，主要用于可直接操作触摸屏移动设备，这些操作就像在现实世界中的动作，如敲击，滑动和震动。这些直接操作是因为有其内部有接近传感器、加速度传感器、重力传感器和陀螺仪这些组件，可供用户进行输入。例如，闹钟可以通过移动电话的方向来暂停[3]。在Apache许可下发布的源代码，允许任何热情的开发者在Android中自由地修改软件。因此，许多应用程序已被开发到可扩展的且拥有触摸屏的移动设备上，并拥有许多功能。软件的编写是基于java编程语言。此外，Android操作系统通常被认为是一种低成本，预先存在的，轻量的且可定制的选择[4]。如图1所示，修改后的Linux内核是Android操作系统的基础。在Linux内核之上，应用软件运行在一个虚拟机中，应用程序编程接口（API），中间件和C写的库，C ，java和xml都包含在这个软件栈中[5]。

蓝牙核心系统包含一个射频收发器，基带和协议栈，并且提供服务，允许各种设备的链接和不同的数据类的互相交换[6]。蓝牙产品可分为从设备和主设备，主设备能够主动启动并与其它蓝牙设备进行协商。由于环境，材料类别，电池的功率和天线配置的影响，它们在不同的情况下有不同的有效范围。，如果传播是在室内进行的且其衰减的原因是信号反射，则其实际通讯范围将低于理论上的范围。对于各种类型的设备和最大功率，其指定的理论通讯范围是不同的。一般的通讯距离分为3级，2级和1级，无线电传播距离从1米，10米和100米依次递增。移动设备无线电的传播距离是从2类起步的，而第3类无线电设备大部分在工业环境中使用[7]。

智能小车设计

作为智能移动设备和嵌入式系统这个方面参与这个项目。整体框架应包含一个用户，Android智能手机方面，一个基于Arduino的嵌入式系统小车方面和个人计算机，如图1所示。

图1.项目总体设计

在PC上使用支持的Arduino集成开发环境（IDE）、将程序编译并通过USB传输线上传到Arduino电路板。通过无线通讯连接小车和手机。通过在Android手机上进行触摸或按压屏幕或用户界面（UI）交互的操作，一个操作者可以通过蓝牙发送命令到车上的Arduino单片机，小车的执行器执行相应的执行命令，例如控制马达。

两个减速电机，两个轮子、一个万向轮、一个电池夹、两个含量为18650的锂电池、一个开关和两个底板组成的汽车底盘如图2所示

图2.硬件实现过程

成果

本文设计了两种模式。第一种模式是无线控制，第二种模式是避障。当汽车运行模式I，唯一控制汽车的方法来是通过智能手机的蓝牙通信操作。这里实现四个基本功能：向前，左，右和反向运动，以及停止行动。这些操作基于触摸箭头或滑动白球，如图3所示。

另一种形式的控制是由重力传感器完成的，它是指内置在Android智能手机的加速度传感器。它的显示、存储、显示和清晰的测量可能是通过Arduino单片机发送。语音控制接口也在谷歌语音搜索的基础上融合了进来，它可以处理接收数据并发送一些指令消息。

在模式2，车会在定义的临界距离出现障碍时一直向前。在出现障碍后，它会停止运动并检测左前方和右前方的方向的距离，以确定哪个提供更大的间隙，然后朝这个方向前进。

结论

这个设计简单，低调。许多嵌入式系统的控制和监测，都可以实现与之相结合的移动设备，它提供了一种在国内工业领域的由一般的操作系统与嵌入式系统简单且对用户友好的互动方式。产品的重要特征之一是可及性。简单的操作和紧凑的用户界面是首选。嵌入式设备和移动应用程序所组成的系统其连接方式是无线通信技术。本文的结果是小车是由一个电机罩和Arduino单片机供电，单片机通过蓝牙与Android应用程序通信，并能由应用程序进行控制，这个概念试验的成功可推荐成为原型遥控系统。

图3.Android应用程序

鸣谢

这项工作是由江苏省自然科学基金部分支持（BK20131183）和苏州市科学技术局（SYG201211）。

参考

[1] Data sheet 'Top Four Operating Systems, Shipments, and Market Share, Q3 2013 (Units in Millions)'. International Data Corporation (IDC), Available from: http://www.idc.com/getdoc.jsp?containerld =prUS24442013,2013.

[2] Arduino. What Arduino can do. Available from: http://arduino.cc/ , 2014

[3] Arduino, 'Arduino Motor Shield. Available from: http://arduino.cc/en/Main/ ArduinoMotorShieldR3, 2014.

[4] J.Brodkin. 'On its 5th birthday, 5 things we love about Android'. Available from: http://arstechnica.com/gadgets/20121l1lon-androids5th-birthday-5-things-we-love-about-android/, 2013.

[5] M. Butler. (2011) Android: Changing the Mobile Landscape. IEEE Xplore. Available from: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=amp;arnumber=5676144amp;tag=1,2014.

[6] Anon. Bluetooth SIG. 'How Bluetooth Technology Works'. Available from: http://web.archive.org/web/20080117000828/ http://bluetooth.com/Bluetooth/Technology/Works/, 2013.

[7] Anon. Bluetooth SIG. 'A Look at the Basics of Bluetooth Wireless Technology '. Available from: http://www.bluetooth.com/Pages/ Basics.aspx , 2013

Design of An Arduino-based Smart Car

Zhao Wang, Eng Gee Lim, Weiwei Wang, Mark Leach, Ka Lok Man.

Xian Jiaotong-Liverpool University, Suzhou, China

Enggee.lim@xjtlu.edu.cn

Abstract

Remote-controlled cars are one of the most popular toy products currently on the mass market. Each series of car has a specific remote-control unit. This presents the consumer with a critical problem; obtaining a substitution controller where the original control unit has broken down. In this work a robot based on an external Arduino microcontroller, controllable by an Android application via Bluetooth, which can be recommended as a prototype for the combination of embedded systems with Android mobile devices is investigated.

Keywords-Remote-controlled; smart car; Android.

Introduction

Android smartphones command 81 % of the global market share despite their relatively short history. In comparison to the iPhone operating system (iOS) and Windows phones which occupy 12.9% and 3.6% of the overall market respectively [I]. With the rapidly growing number of smartphone owners, millions of Android applications (Android apps) have been developed aimed at improving every aspect of life, including, home automation systems, daily arrangements, mobile databases and entertainment systems. As a consequence of

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