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第43卷2015年第8期yanz检测时间：2016-05-2910:03:44基于Android/Arduino平台的智能引路系统的设计和实现摘要在技术不断发展的今天，Android操作系统不但开发利用，Arduino平台也日益完善，将两者实现有限结合，搭建智能移动平台能够运用到很多范畴，改进我们的生活质量，给人们带来便利。本文经过分析人们在智能引路系统的实际需求后，对相应技术进行研究讨论，最终选定Arduino和Android两大平台为本设计的技术支撑，在此基础上通过蓝牙实现两者的信息传递与互联，设计出一套智能引路系统。系统设计主要包括总体设计，Arduino设计和Android平台软件设计，软件基于Java程序语言进行编写，最后通过测试验证了系统设计的有限性与实用性。该系统在一整套软硬件的协同作用下可以实现智能引路行车，包括转向、测距、方面探测等等智能功能，极大的方便了人们的日常行车活动。关键字：Android/Arduino平台；智能引路系统；设计与实现Abstract在技术不断发展的今天，Android操作系统不但开发利用，Arduino平台也日益完善，将两者实现有限结合，搭建智能移动平台可以应用到很多领域，改善人们的生活质量，方便给人们提供便利。Intechnologydevelopmenttoday,Androidoperatingsystemisnotonlythedevelopmentandutilization,theArduinoplatformalsoincreasinglyperfect,betweenthetwocombinedwithlimited,tobuildtheplatformofintelligentmobilecanbeappliedtomanyfields,improvethepeople'squalityoflife,toprovidepeoplewithconvenientconvenience.本文通过分析人们在智能引路系统的实际需求后，对相关设计技术进行研究分析，最后选定Arduino和Android平台为本设计的技术支持，在此基础上通过蓝牙实现两者的信息传递与互联，设计出一套智能引路系统。系统设计主要包括总体设计，Arduino设计和Android平台软件设计，软件基于Java程序语言进行编写，最后通过测试验证了系统设计的有限性与实用性。该系统在一整套软硬件的协同作用下可以实现智能引路行车，包括转向、测距、方面探测等等智能功能，极大的方便了人们的日常行车活动。Throughtheanalysisofpeopleaftertheactualdemandoftheintelligentguidesystem,thedesigntechniqueofthepaperhasfinallyselectedArduinoandAndroidplatformtechnologyforthedesignofthesupport,onthisbasisviaBluetoothimplementationofboththeinformationtransferandinterconnection,designasetofintelligentguidesystem.Thesystemdesignmainlyincludestheoveralldesign,theArduinodesignandtheAndroidplatformsoftwaredesign,thesoftwareisbasedontheJavaprogramminglanguagetocarryonthecompilation,finallythroughthetestverifiedthesystemdesignthelimitationandthepracticality.Thesysteminasetofhardwareandsoftwaredesignofsynergisticeffectcanbeachievedunderthedrivingofintelligentguide,includingsteering,ranginganddetectingandintelligentfunctions,greatlyfacilitatethepeople'sdailytrafficactivity.关键字：Android/Arduino平台；智能引路系统；设计与实现Keywords:Android/Arduino;intelligentguidesystem;designandImplementation目录摘要PAGEREF_Toc273651Abstract2目录31.绪论51.1本设计的研究背景及意义51.1.1无线通信技术发展51.1.2硬件平台简介61.1.3手机操作系统介绍71.1.4研究意义91.2研究内容与安排102.总体设计与相关技术112.1总体设计方案112.2.1总体设计框架112.1.2系统的功能及管理122.2相关技术132.2.1Arduino平台132.2.2Android平台概述162.2.3蓝牙技术193.硬件系统选型与设计193.1蓝牙串口模块203.2指南针I2C总线连接213.2.1指南针芯片213.2.2指南针与Arduino的I2C通信233.3H桥控制马达243.4超声波测距模块263.5电源模块274.Arduino与Android平台控制应用软件实现274.1Arduino控制程序设计284.1.1小车超声测距和避障的程序284.1.2小车和手机通讯协议294.2Android平台控制应用软件设计314.2.1界面设计314.2.2蓝牙控制324.2.3地图控制系统实现345.智能引路系统测试385.1小车调试的结果和结论385.2应用处理软件实现结果406.小结44参考文献451.绪论1.1本设计的研究背景及意义1.1.1无线通信技术发展随着通信技术的发展，无论是在物联网，还是互联网，传统的有线传输技术已经越来越不能满足企业和个人的需要。当今通信技术正朝着“无线”和“高速”的方向发展。无线传输以其特有的优势得到了个人和企业的青睐。在移动终端中，无线传输技术主要包括:(1)WiFiWiFi全称WirelessFidelity，是一种无线局域高保真网络传输技术，它能提供高质量的无线局域网(WLAN)服务，所有基于IEEE802.11标准并通过WiFi组织测试的无线局域网均称为WiFi。在历经IEEE802.11a/b/g传输协议的发展后，IEEE802.11n对物理层进行了优化，使得吞吐量从54Mbps提高到300-600Mbps支持WiFi技术的设备之间可以直接通信，也可以在访问点或基站的协调下进行通信。大多数情况是为设备提供一个接入点(热点)，通过该接入点，个人电脑以及移动终端设备等均可无线接入互联网，并保证高带宽的网络数据交换。一个WiFi热点的覆盖范围室内最低35米，室外能达到100米以上，其信号强度会受到建筑物的影响。如果想进一步扩大覆盖范围需要增添接入点。由于WiFi的接入不需要物理连接，所以其安全性较低[1]。(2)蓝牙蓝牙(Bluetooth)是一种需要设备相互靠近以进行数据交换的短距离无线传输技术，广泛用于手持设备、电脑，甚至音响、打印机、手表等小型设备,其优势在于低成本、低功耗、小型化等；由于其需要匹配特定对象的特点，相对于WiFi,蓝牙更多用于私人设备之间的语音数据传输，属于个人局域网(WPAN），安全性要高于WiFi，蓝牙协议遵从IEEE802.15.1，其功耗远低于802.11设备，支持单点对单点，单点对多点的传输，一般传输距离为10米，有信号加强装置最远可达50米，其实际的传输距离依赖于环境，在范围边界其传输性能会下降[3]。通过二者的比较，结合本设计的特点:机实时双工通信，蓝牙的低成本、低消耗特应用场景为室外近身使用，需要和手点使其成为最好的选择。表2-1对两种类型的无线通信进行了对比。1.1.2硬件平台简介硬件平台需要有微处理器，能进行简单的计算，可以反复编程、可接受外部指令并执行，更重要的是要有多个接口易于扩展；Arduino开发板是一个基于开放源代码的SimpleI/O软硬件平台，以廉价的微型处理器为核心，支持多种扩展接口，可以反复编程非常适来承担本设计的硬件平台；Arduino中文称阿德伟诺，名称源于一个意大利古代国王之名，Arduino硬件平台是一块基于单片机的微控制器，用户可以通过其USB串行接口对其进行编程，广泛用于机器人、可穿戴设备等；其特点是:具备I/O功能，支持直流电源和USB端口供电，可扩展外接红外探测，蓝牙、WiFi设备，马达驱动，LED显示，温度探测等模块；其蓝牙、WiFi的可扩展性为其与手机进行无线通信提供了可能[2]。Arduino现有多个版本，每个版本侧重点不同。ArduinoDuemilanove,ArduinoMini,ArduinoMega2560,LiliPadArduino,Arduinouno等，以及最新的ArduinoYun。其中Duemilanove是基本款，后续许多产品都是在该产品的基础上设计生产的；ArduinoYun是最新高端产品，它不仅延续了Arduino架构并且增加了Linux系统，是系列产品中首个集成WiFi模块的成员，可以通过WiFi无线操作Linux模块，但价格比较昂贵[2]。Arduinouno是USB接口，采用ATmega16U2芯片进行USB转串口，先前的版本需要用FTDIUSB转串口驱动串行通信；它能够控制电机和其他小型物理设备，批量读取传感器和开关信号，非常适合做实时互动通信；通过对比Arduino现有的几个版本，本设计最终选择了Arduinouno，完全满足本设计需要；在未来，英特尔将为Arduino开源项目提供Galileox86芯片，德州仪器将为其提供ARM芯片，所以Arduino硬件平台将向多系统架构发展，前景十分好[4]。1.1.3手机操作系统介绍除了Android平台外，当前的主流智能手机平台还有苹果公司的i0S操作系统和微软公司的WindowsPhone平台，三类手机平台均支持与Arduino的互联，现对这三个系统做一比较[5]。（1）iOS（iPhoneOS)系统AppleiOS是苹果公司为iPhone开发的手持设备操作系统，最早于2007年公布，其后续产品链iPodtouch,iPad均采用了这一系统，2013年9月苹果发布了最新一版iOS7操作系统，使其手机市场份额迅速提升到12070(截至2013年10月)，成为我国市场份额第三，iOS系统最大的优势在于它是一个生态系统，用户可以在苹果的各款产品之间同步自己的数据和信息，这点对于如今多电子平台的操作十分重要，另外苹果App商店提供大量高质量的APP，基于iOS系统的APP开发简单，但开发人员若想发布其自行开发的软件则需要付费加入iPhone开发者计划，获得苹果公司的批准，iOS系统最大的缺点在于软硬件系统的封闭性，采用该系统的公司只有苹果一家，产品价格都偏高，使得用户群并不那么广泛，严重制约了其在低端市场的发展，iPhone和Arduino之间可以采用两种通信方式:一种是有线连接，一种是通过蓝牙或WiFi的无线连接[16]。（2)WindowsPhone（WP)系统WindowsPhone是2010年10月由微软公布的便携智能设备的操作系统，取代之前的WindowsMobile，并于2011年与前世界手机巨头诺基亚合作，代替诺基亚之前的操作系统Symbian，虽然发布时间不长，但其新颖的界面和强大的功能吸引了众多用户和开发者，WP最新版本为WindowsPhone8，WP8将其应用与微软服务Windows8进行同步适配，形成良性生态圈，拥有WP就意味着拥有微软公司的系列办公软件和邮件管理系统，这对商务人士是极大的方便，WP虽起步较晚，但无疑有较大的特色和优势,wP8最大的优点是其流畅