基于stm的紅外遙控風扇設計

1、基于Android的紅外智能風扇摘要：為了解決家用電器在遙控方面的缺陷，結合智能家居的相關概念和技術，本文提出了一種基于Android手機的紅外智能風扇設計方案。利用Android平臺的應用軟件，將智能風扇分為兩種模式，一種模式是手動調節(jié)模式，通過紅外模塊把控制信號發(fā)送到STM32控制模塊，而后由主控芯片STM32控制風扇的啟停以及速度調節(jié)；另一種模式是智能模式，利用人體紅外感應器和溫濕度傳感器，當檢測到是否有人存在，且當前的溫濕度（可通過設置數值大?。┦欠癯鲈O定值，風扇將自動開關，調節(jié)風速大小，從而實現智能手機遙控電器的功能。 關鍵詞 ：智能家居；Android；紅外線；STM32；風扇第

2、一章 概述目前，市面上的家用電器如電視、空調、DVD等都有自己專用的紅外遙控器；另外，還有一種叫萬能遙控器，可以實現控制不同品牌的家用電器。但是遙控器過多，也給用戶帶了不便，可以通過手機集成紅外遙控功能，實現簡化。該方法通過手機發(fā)射紅外信號，主控芯片接受到該紅外信號后，對與之連接各種電器設備進行相應控制。Android系統是Google公司推出的開源手機平臺，采用Linux內核，是一個標準化的、開放式的手機平臺1。它具有強大的無線網接入能力，豐富、便捷的開發(fā)工具，和開放的平臺等特點。STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導體（ST）公司出品，其內核是Cortex

3、-M3。該控制芯片具有低功耗、高穩(wěn)定、大容量等特點，適合多場合的控制應用?；诋斍鞍沧恐悄苁謾C的普及，為了滿足智能家居的需求，本文設計了一款基于Android手機控制的智能風扇。把安卓智能手機作為控制平臺，采用紅外通信接口，把安卓智能手機與家用電器結合在一起，從而實現手機的無線智能遙控的功能。另外，本文還對風扇工作的模式進行了拓展，使其能夠紅外遙控調節(jié)模式與智能調節(jié)模式之間切換。第二章 硬件設計2.1 方案選擇 紅外協議需要載波調制信息，設計方案有：方案一：采用555定時器調制38KHz載波信號供單片機加載信息；555 定時器成本低，性能可靠，但占空比調制困難，頻率確定無法改變。方案

4、二：采用單片機內部的PWM機制調制38KHz載波信號加載信息；這個方案節(jié)約空間、抗噪性能強，可隨時改變頻率與占空比，但程序不易編寫 眾多遙控器一體對數據庫存儲需求大，方案設計有：方案一：采用AT24Cxx擴展外部存儲器；方案二：采用自帶高存儲容量的存儲器；綜合以上考慮，本設計采用STM32系列單片機，這款單片機有脈寬調節(jié)模式，能滿足本方案的38KHz需求，且此單片機Flash程序存儲區(qū)有512K，不需要擴展存儲空間也能滿足加載萬能遙控器的數據庫。功能滿足的情況下，也為了不讓硬件過剩的原則，我們采用了載波方案二和數據庫存儲方案二。2.2 電路設計本設計總模塊框圖圖2-1 總模塊框圖 電路設計主要

5、分為電源模塊，紅外接受模塊、STM32控制模塊、人體感應模塊、DHT11溫濕度檢測模塊和風扇驅動模塊組成。其中電源模塊采用電源適配器負責為其他模塊電路提供穩(wěn)定的5V電壓。紅外模塊負責與手機紅外經行相互通信，傳遞控制信息；單片機控制模塊負責識別以及處理從紅外模塊傳遞過來的控制信息。手機加載數據庫信息到PWM調制38KHz載波上驅動紅外發(fā)射模塊進行紅外波發(fā)射。2.2.1單片機模塊單片機模塊中的單片機采用STM32F103ZET6芯片，如圖2-2所示。它是基于ARM Cortex-M3核心的32 位微控制器,LQFP-144封裝，512K片內FLASH（相當于硬盤）,64K片內RAM（相當于內存,片

6、內FLASH 支持在線編程(IAP)；高達72M 的頻率,數據,指令分別走不同的流水線,以確保 CPU運行速度達到最大化；通過片內BOOT區(qū),可實現串口下載程序(ISP)；片內雙RC 晶振,提供8M和32K 的頻率；支持片外高速晶振(8M),和片外低速晶振(32K).其中片外低速晶振可用于CPU的實時時鐘,帶后備電源引腳,用于掉電后的時鐘行走；42個16位的后備寄存器(可以理解為電池保存的RAM),利用外置的紐扣電池,和實現掉電數據保存功能；多達80個IO,4個通用定時器,2個高級定時器,2個基本定時器,3路SPI接口,2路I2S 接口,2路I2C接口,5路USART,一個USB從設備接口,一

7、個 CAN接口,SDIO接口,可兼容SRAM,NOR和NAND Flash 接口的16位總線-FSMC；3路共16通道的12位AD輸入,2路共2 通道的12位 DA 輸出.支持片外獨立電壓基準；CPU操作電壓范圍:2.0-3.6V。圖2-2 STM32F103V單片機封裝圖時鐘電路 STM32F103ZET6芯片上有兩種時鐘源，如圖2-3所示：（1）8MHz晶振X2作為MCU的時鐘源 （2）32.768KHz晶振X1作為RTC的時鐘源圖2-3 時鐘電路電源電路本設計模塊通過USB線供電，如圖2-4所示。為保證芯片因電壓過高不被燒毀，設置一個自恢復保險絲，在電路短路的情況下，自恢復保險

8、絲發(fā)熱斷開，保護了硬件和電腦的USB接口免遭燒毀。圖2-4 電源模塊2.2.2紅外接收模塊本設計的紅外接收模塊是基于HL-A838紅外一體化接收頭的紅外接收模塊，電路圖如圖2-5所示。與單片機相連時，接PA3引腳?？山邮占t外發(fā)射模塊（內鏈接）發(fā)來的調制成38KHz的紅外信號，并解調成邏輯電平，即收到調制的紅外信號即輸出低電平，否則輸出高電平，在程序上應用編解碼即可完成紅外遙控功能。模塊特點如下：低功耗、寬角度及長距離接收供電電壓可為3.3V5.5V輸出匹配TTL，CMOS電平，低電平有效 4個M2螺絲定位孔，便于安裝。發(fā)射的紅外線信號是手機通過兩個并聯的紅外二極管發(fā)射的。具體實物圖如圖2-6所

9、示。圖2-5 紅外發(fā)射接收電路圖 圖2-6 本設計自制的紅外發(fā)送模塊2.2.3溫濕度檢測模塊 溫濕度檢測模塊采用DHT11溫濕度傳感器,它包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件，并與單片機的PA4引腳相連接。通過單片機等微處理器簡單的電路連接就能夠實時的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機之間能采用簡單的單總線進行通信，僅僅需要一個I/O口。傳感器內部濕度和溫度數據40Bit的數據一次性傳給單片機，數據采用校驗和方式進行校驗，有效的保證數據傳輸的準確性。DHT11功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流0.5mA。圖2-7 溫濕度傳感器的連接圖2.2.4 人體紅外感應模塊圖2-8 人體

10、紅外感應模塊 人體紅外感應模塊是基于紅外線技術的自動控制模塊，電路圖如圖2-8所示。 與單片機PA2引腳相連，電源采用5V電壓供電，其功能特點：1、全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。2、溫度補償：在夏天當環(huán)境溫度升高至3032，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。3、兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇） a、不可重復觸發(fā)方式:即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變成低電平； b、可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑?/p>

11、感應模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。4、具有感應封鎖時間(默認設置:2.5S封鎖時間)：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒幾十秒鐘)。2.2.5風扇驅動電路風扇電機的驅動模塊比較簡單，與紅外接受模塊的電路類似，就是主控芯片控制一個三極管的通斷實現對風扇啟停。此外，可通過調制PWM波的方式對風扇

12、的轉速進行相應調節(jié)。為了豐富風扇的功能，除了紅外遙控風扇開關和調速外，本設計引入智能控制模式，即無需手動調節(jié)，通過人體感應傳感器和DHT11溫濕度傳感器檢測風扇下有無人員，及當前溫度和濕度。在檢測到有人的前提下，主控芯片根據當前的溫度和濕度值給出相應的PWM來控制風扇電機的轉速，實現風扇電機的智能運行。系統的總體實物圖如2-9所示。圖2-9 系統設計實物圖第三章 遙控器軟件設計STM32程序主要是用來接收、分析、處理紅外模塊過來的數據，完成以后通過給出相應的控制信號到電器上，最終達到遙控電器的目的。3.1遙控器軟件流程框圖軟件采用模塊化編程，把系統運行分成兩種模式：智能模式：用戶無需調節(jié)風扇，

13、主控芯片會對人體傳感器與DHT11傳感器的信號處理，并根據其給出相應的速度信號給風扇。手動控制模式：該模式下，用戶可以通過手機對風扇的啟停、速度進行調節(jié)控制另外，兩種模式間的切換只需要手機應用端調節(jié)。圖3-1 遙控器軟件流程框圖3.2紅外編碼程序 本軟件包含了3種紅外編碼格式：三星的TC9012，松下的LC7464M和NEC的uPD6121G。受篇幅限制，這里主要介紹TC9012編碼。 1、紅外載波程序TC9012載波要求：頻率 38KHz 占空比 1/3 圖3-2載波波形參考圖:38KHz 1/3 載波實測波形圖：38.46KHz 1/3占空比由載波實測波形圖可以看出，實測波形與參考波形頻率

14、誤差為1.2%，占空比誤差為-0.6%，滿足TC9012載波要求，說明我們用PWM產生的38KHz載波的程序是正確的，下面是具體的程序代碼。38KHz載波核心代碼：SYSclk = 22118400Hz，PWM0頻率為：SYSclk /(65536-TH0,TL0)/64= 22118400 /(65536-TH0,TL0)/64=38400Hz 2、紅外發(fā)送數據程序 TC9012的一幀數據中含有32位碼，包含兩次8位用戶碼，8位數據碼各8位數據碼的反碼。引導碼由4.5ms的載波和4.5的載波關斷波形所構成，以作為用戶碼、數據碼的先導。圖3-3 引導碼參考圖 圖3-4 引導碼實測：有載波4.5

15、2ms 圖3-5引導碼實測：無載波4.52ms 由以上兩實測圖可以看到，引導碼有載波誤差0.4%，無載波誤差0.4%，是滿足TC9012引導碼開載波4.5ms+關載波4.5ms的要求的。圖3-6 數據0實測：高電平0.56ms 圖3-7 數據0實測：高低電平總長 1.14ms由以上兩實測圖可以看到，數據0高電平誤差0%，高低電平總長誤差1.3%，是滿足TC9012數據0高0.56ms，總長1.125ms的要求的。 圖3-8數據1實測：高電平0.56ms 圖3-9 數據1實測：高低電平總長2.26ms由以上兩實測圖可以看到，數據0高電平誤差0%，高低電平總長誤差0.4%，是滿足TC9012數據1

16、高0.56ms，總長2.25ms的要求的。第四章 Android應用軟件設計本應用軟件的設計是為了使我們的手機能夠發(fā)射紅外信號給主控芯片，從而實現遠程控制目的。開發(fā)工具 ：Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，JDK，Android-SDK。編譯版本：android2.3.3。4.1 Android應用流程介紹下面是應用的具體流程；圖4-1應用流程圖圖4-2 應用界面4.2 資源規(guī)劃和權限配置為了兼容不同手機屏幕尺寸和分辨率，放了三套不同分辨率和尺寸的圖片分放在res/drawable-hdpi，res/drawable-mdpi，res/drawable-xhdpi目錄。 本應用設計用到本地紅外適配器

17、功能，多分辨率支持功能，窗體縱向顯示功能的使用，在AndroidMainfest.xml中添加允許使用紅外功能的權限<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH"/><uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN"/>。并且界面的窗體均為縱向顯示，這里設置窗體顯示通過<activity>標簽屬性 android:screenOrientation=“portrai

18、t”。設置多屏幕分辨率支持<supports-screens android:smallScreens="true" android:normalScreens="true" android:largeScreens="true" android:anyDensity="true" />4.3 歡迎窗體的設計與實現應用啟動后是一個歡迎窗體，歡迎窗體全屏顯示，3秒鐘后自動跳轉到TV主窗體。歡迎窗體的實現：1) 在onCreate()方法中初始化窗體信息，加載background為drawable目錄下的w

19、elcome圖片的布局文件activity_welcom.xml。2) 創(chuàng)建一個線程類實現3秒后自動跳轉。4.4紅外服務紅外服務是一個service類，提供紅外的連接，狀態(tài)反饋，線程讀寫數據，啟動和停止方法。紅外連接： device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID)獲取套接口，mySocket.connect()套接口遠程連接遙控器。并且通過bundler傳遞message給UI界面更新。獲取連接狀態(tài)方法：返回當前紅外服務的狀態(tài)。Start和Stop方法：線程的初始化和關閉線程。同步Write方法：防止多線程的干擾，采用關鍵字synchron

20、ized同步寫方法。創(chuàng)建一個線程類，傳遞參數byte寫到套接口的字節(jié)流outputstream中。第五章 實物調試5.1 手動控制模式手動控制模式下風扇的啟停與速度調節(jié)實驗測試圖如圖所示： 圖5-1 風扇停止工作與正常工作圖5-3 上位機顯示風扇手動模式下各工作狀態(tài)5.2智能模式智能模式下風扇的啟停與速度自動調節(jié)實驗測試圖如圖所示： 圖5-1 風扇智能模式下的啟停圖5-3 上位機顯示智能模式下風扇運行狀況第六章 總結本文設計的基于Android的紅外智能風扇，通過手機客戶端發(fā)射紅外信號給STM32主控芯片，對系統進行各種操作，能夠實現對風扇的手動調節(jié)控制，并能夠進行模式切換。實驗調試能夠實現各模式的功能，基本滿足預期實驗要求。基于安卓手機的智能遙控器設計新穎，實用方便，倡導綠色、環(huán)保的生活理念，具有經濟、社會效益。從用戶的角度出發(fā)，多功能、低成本、強適應和人性化使得該產品將會獲得發(fā)展契機