基于Android手机手势和语音控制的人机交互系统设计 作者：郭慧敏 孟游 迟少华 丁培甫
来源：《南京信息工程大学学报（自然科学版）》2019年第02期
摘要 针对普通遥控器控制智能小车的局限性，结合移动互联网的应用，提出了一种新的人机交互智能小车控制系统的研究方案——一种基于Android手机方向（重力）传感器和语音控制的蓝牙小车控制系统.以Android手机作为上位机，包括语音系统、方向（重力）传感器系统，利用蓝牙通信技术与单片机总控制中心、蓝牙模块、电机驱动模块、蜂鸣器和LED模块、避障模块等组成的下位机进行通信，实现对蓝牙智能小车的实时控制.通过实 物制作和测试，验证了系统的可操作性和实用性，同时也为智能轮椅、仓库管理等领域的实际应用奠定了一定的技术基础.
关键词 方向（重力）传感器;语音控制系统;Android 手机;无线智能控制;智能小车.
中图分类号 TN79;TP311.5
文献标志码 A
超声波马达 0 引言
人机交互技术的飞速发展，促使遥感技术蓬勃发展，人们的生活方式将渐趋智能化.让机器了解你的言语、表情和肢体语言，将给人们带来更加轻松、舒适和便捷的生活方式[1]，而传统的人机交互系统远远满足不了人们的需求.
目前市场上的一些遥控车都是一个产品对应着一个遥控设备，即使可以通用的遥控设备也需要手动按键去控制[2-3]，操作起来十分不便.Android设备以本身独特的开源性和可操作性的优势，迅速成为最大的智能手机操作平台，无论高端机还是低端机，大多集成了
方向传感器、语音和蓝牙系统，为本系统的研究提供了便利[4-5].相对于传统的遥控器控制技术，基于Android手机手势和语音技术的智能小车的控制方式更加方便快捷，适用于多种带有方向传感器和语音功能的Android手机.
1 系统结构
本设计着眼于无线智能设备的传感器控制[6]，如Android手机、智能手表等.抛弃了传统的遥控器技术，利用App Inventor[7]作为手機软件的开发平台，通过智能手机携带的方向传感器[8]和语音系统，根据翻转手机或语音识别便可实现小车停止、前进、后退和左右转等，从而达到人机交互的目的.
通过设计带有方向感应器、语音系统和蓝牙功能的Android手机软件，与带有HC-05蓝牙模块、STC89C52RC主控制芯片、L9110H电机驱动模块和红外避障模块等硬件电路组成的智能小车控制系统，共同实现了一种新型无线控制智能小车的方法——通过摇晃手机或语音便可对小车进行控制.同时，还在下位机增加了环境检测系统.本设计框架如图1所示.
2 下位机硬件电路设计
小车设计的硬件电路由单片机总控制中心、电机驱动模块、避障模块、电源供电电路、蜂鸣器和LED控制电路等模块组成.
电视制作 2.1 电机控制模块设计
智能小车最基本的功能是行走，利用单片机驱动直流电机带动车轮的转动，但是由于单片机驱动能力有限，无法驱动大功率的直流电机，所以需要在直流电机与单片机之间加一个驱动模块L9110H.L9110H连接电机的正负极，由两个输出端，直接控制电机的正反转.原理如图2所示.
2.2 蜂鸣器模块设计
设计过程中，考虑到单片机I/O口驱动能力不能让蜂鸣器发声，需要利用8550三极管放大驱动电流让蜂鸣器发出声音.当输入为低电平时，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音;当输入为高电平时，三极管截止，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声.设计原理如图3所示.
2.3 HC-05蓝牙模块
本设计选用HC-05蓝牙串口通信模块.它是主从一体的蓝牙串口模块，简单地说，就是当蓝牙设备与蓝牙设备配对成功后，可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将蓝牙当串口用.当建立连接时，两个设备共用一个通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另一个设备便可以接收通道中的数据.但是，建立这种通道连接是有一定条件的，需要先对蓝牙模块进行AT指令参数设置.
2.4 红外避障模块
该模块具有一对红外发射器和接收器，通过发射管发出红外线，当检测到前方障碍物时，发射光被接收器接收，经过电路处理，发送给主控制中心.避障距离可以利用电位器进行调节，具有装配方便和干扰小的特点，如图4所示.
3 下位机硬件程序设计
本控制系统需要小车的硬件系统作为支撑.下面分别对蓝牙接收信息传递给单片机和单片机接收信息后对电机、蜂鸣器以及LED做出相应的控制进行介绍.程序设计采用的是Keil4 for 51作为单片机程序的编程软件.
3.1 蓝牙接收系统程序USB重定向
通过蓝牙模块对接收手机端发送过来的控制指令信息进行接收处理，如停止、前进、后退、左右转等，程序流程如图5所示.
利用蓝牙模块与51单片机进行连接，串口通信进行数据传输.接收时，中断标志RI=0，置允许接收位REN=1，数据进入移位寄存器，装载到SBUF缓冲寄存器，置RI=1;由缓冲接收器SBUF通过总线发送给CPU.串行通信在数据传输、人机交互设计等方面起着重要作用[9].设计要求串口通信晶振为11.059 2 MHz，波特率9 600 bps，设置计数器1的工作方式（SM0=0，SM1=1，即SCON=0x05），T1的初值为253（X值为FDH）.cn1069
3.2 电机、蜂鸣器及LED控制系统程序
网络视频编码器
小车运动状态的控制方式如下（蓝牙接收控制指令流程如图5所示）：
1）小车运动：控制电机的转动;
2）灯：控制LED1及LED2灯的亮灭;
3）蜂鸣器：模拟喇叭，控制蜂鸣器的开关.
4 上位机APP设计
4.1 软件界面设计
App中添加的控件有：
1）Button按键（前进、后退、停止、左转、右转、灯、喇叭、方向传感器以及语音开关键）：按下后通过蓝牙发送相应的数据;
