博創(chuàng)杯作品設(shè)計(jì)報(bào)告文檔

1、第屆“博創(chuàng)杯"全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告手機(jī)寵物Phone pet設(shè)計(jì)報(bào)隊(duì)伍編號：B-HeN -20150637參賽學(xué)校：許昌學(xué)院作者：學(xué)生1閆振學(xué)生2宋增學(xué)生3陳平勝指導(dǎo)教師：張柯組另U： 口碩士組 酔科組 高職組ii基于51單片機(jī)和Arduino開發(fā)平臺(tái)，以藍(lán)牙無線技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)手機(jī)寵物光立方以及 傳感器系統(tǒng)。運(yùn)用光立方監(jiān)控手機(jī)來電事件，使用溫、濕度傳感器獲取溫、濕度參數(shù)的實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)，通過煙霧傳感器進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。使用51單片機(jī)控制光立方和傳感器，使溫、濕度參數(shù)在液晶屏上顯示，通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。除實(shí)現(xiàn)手機(jī)來電感知外，該設(shè)計(jì)還能實(shí)時(shí)監(jiān)控溫、 濕度，進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。關(guān)鍵詞：

2、藍(lán)牙傳輸、光立方，傳感器、來電監(jiān)控AbstractBased on 51 single-chip microcomputer and Arduino development platform, Bluetooth wireless tech no logy as the basis, desig n mobile phone pet optical cube and sen sor system. Using light cube to monitor the phone calls incident,the use of temperature,humidity sen sor temper

3、ature, humidity parameters of real-time data, through smoke sen sor for fire alarm. Use 51 sin gle-chip con trol light cube and sen sor, so that temperature and humidity parameters on the LCDscreen, the alarm through the buzzer. In additi on to realize the phone to the in ductor, the desig n can rea

4、l-time mon itori ng temperature, humidity, fire alarm.Key words: bluetooth transmission、 light cube 、 sensors、 caller monitoring18第1章 緒論51.1 藍(lán)牙技術(shù)簡介51.2 Ardui no 簡介51.3光立方簡介61.4 51單片機(jī)最小系統(tǒng)簡介6第2章系統(tǒng)邏輯框圖62.1 系統(tǒng)邏輯框圖6第3章系統(tǒng)功能與方案73.1 系統(tǒng)功能73.2 系統(tǒng)方案7第4章實(shí)現(xiàn)原理74.1 實(shí)現(xiàn)原理7第5章 硬件電路設(shè)計(jì)75.1 硬件電路設(shè)計(jì)75.2 硬件電路設(shè)計(jì)框圖 8第6章 軟件設(shè)計(jì)

5、86.1 軟件設(shè)計(jì)86.2 軟件設(shè)計(jì)邏輯圖 9第7章單個(gè)模塊系統(tǒng)測試97.1 藍(lán)牙模塊97.2 溫濕度傳感器 97.3 煙霧傳感器107.4 lcd1602 顯示屏107.5 光立方10第8章實(shí)現(xiàn)功能118.1 Arduino控制藍(lán)牙模塊 118.2 Arduino控制溫濕度傳感器 118.3 Arduino控制煙霧傳感器 128.4 Arduino 控制 lcd1602128.5 Arduino控制單片機(jī)最小系統(tǒng) 128.6 單片機(jī)最小系統(tǒng)控制光立方 138.7 手機(jī)app向藍(lán)牙發(fā)送控制信號13第9章應(yīng)用前景分析 139.1 應(yīng)用前景139.2 需求分析13第10章系統(tǒng)特色1410.1 藍(lán)牙

6、特色1410.2 光立方特色1410.3 傳感器特色1410.4 作品總體特色15結(jié)論15附錄A: 15參考文獻(xiàn)15第1章緒論1.1藍(lán)牙技術(shù)簡介是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4 2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）。藍(lán)牙技術(shù)最初由電信巨頭愛立信公司于1994年創(chuàng)制，當(dāng)時(shí)是作為RS232數(shù)據(jù)線的替代方案。藍(lán)牙可連接多個(gè)設(shè)備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。藍(lán)牙主設(shè)備最多可與一個(gè)微微網(wǎng)（一個(gè)采用藍(lán)牙技術(shù)的臨時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）中的七個(gè)設(shè)備通訊，當(dāng)然并不是所有設(shè)備都能夠達(dá)到這一最大量。設(shè)備之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換角色，從設(shè)備也可轉(zhuǎn)換為主設(shè)備（比如，一個(gè)

7、頭戴式耳機(jī)如果向手機(jī)發(fā)起連接請求，它作為連接的發(fā)起者，自然就是主設(shè)備，但是隨后也許會(huì)作為從設(shè)備運(yùn)行。）藍(lán)牙核心規(guī)格提供兩個(gè)或以上的微微網(wǎng)連接以形成分布式網(wǎng)絡(luò)，讓特定的設(shè)備在這些微微網(wǎng)中自動(dòng)同時(shí)地分別扮演主和從的角色。數(shù)據(jù)傳輸可隨時(shí)在主設(shè)備和其他設(shè)備之間進(jìn)行（應(yīng)用極少的廣播模式除外）。主設(shè)備可選擇要訪問的從設(shè)備；典型的情況是，它可以在設(shè)備之間以輪替的方式快速轉(zhuǎn)換。因?yàn)槭侵髟O(shè)備來選擇要訪問的從設(shè)備，理論上從設(shè)備就要在接收槽內(nèi)待命，主設(shè)備的負(fù)擔(dān)要比從設(shè)備少一些。主設(shè)備可以與七個(gè)從設(shè)備相連接，但是從設(shè)備卻很難與一個(gè)以上的主設(shè)備相連。1.2 Arduino 簡介Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開

8、源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。Arduino IDE基于processing IDE開發(fā)。對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。 Arduino語言基于wiring語言開發(fā)，是對 AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程 基礎(chǔ)，簡單學(xué)習(xí)后，也可以快速的進(jìn)行開發(fā)。Arduino的型號有Ardui no UnoArdui no NanoArdui no LilyPadArdui no Mega 2560Ardui no EthernetArdui no DueArduino Leon ardoArduinoY n1.

9、3光立方簡介3D顯示效果，配合咼亮監(jiān)光立方最大的特點(diǎn)，就是帶給你未來3D技術(shù)的科技體驗(yàn)，具有超酷炫的色的燈光，給人強(qiáng)烈的感官刺激。1.451單片機(jī)最小系統(tǒng)簡介1單片機(jī)最小系統(tǒng)的概念：能使單片機(jī)正常工作的最小硬件單元電路，就叫單片機(jī)最小系統(tǒng)。2單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成：(1) 復(fù)位電路：t=RC1(t > 10ms);(2) 時(shí)鐘電路：C2=C3=(30 ± 10)pF(一般是 2030pF);存儲(chǔ)器訪問路經(jīng)控制：EA/VPP=+5V時(shí)，先內(nèi)后外。另外，一般還有單片機(jī)的ISP下載口也包含在單片機(jī)最小系統(tǒng)中。第2章系統(tǒng)邏輯框圖2.1系統(tǒng)邏輯框圖LCD1602液晶屏單片機(jī)光立方煙霧傳感器

10、溫濕度傳感器手機(jī) 短信第3章系統(tǒng)方案與功能3.1系統(tǒng)方案基于藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)寵物執(zhí)行arduino程序以及單片機(jī)程序。將手機(jī)來電作為觸發(fā)信號，觸發(fā)手機(jī)app發(fā)出控制出信號，同時(shí)執(zhí)行程序從而使光立方顯示不同的圖案。無手機(jī)來電信號時(shí)，光立方處于不工作狀態(tài)，但此時(shí)也執(zhí)行arduino程序，不執(zhí)行單片機(jī)程序。控制溫濕度傳感器、煙霧傳感器、lcd1602液晶顯示屏工作，并將數(shù)值顯示在液晶屏上。電源初步采用移動(dòng)電源供電，后期若量產(chǎn)可用電池。3.2系統(tǒng)功能本設(shè)計(jì)使用51單片機(jī)和Arduino開發(fā)平臺(tái)，手機(jī)來電時(shí)在光立方上顯示酷炫的圖案，融合溫濕度傳感器、煙霧傳感器達(dá)到報(bào)警值時(shí)蜂鳴器報(bào)警，正常狀態(tài)下溫濕度數(shù)

11、值顯示在液晶屏上。呼吸燈的閃爍指示進(jìn) 入工作狀態(tài)。使用者可以不用時(shí)刻盯著手機(jī)，一目了然，還可以實(shí)時(shí)了解室內(nèi)的溫濕度情況，對于大多數(shù)現(xiàn)在的年 輕人來說是一種解放，特別是一些有手機(jī)控的人。第4章實(shí)現(xiàn)原理4.1實(shí)現(xiàn)原理Arduino控制藍(lán)牙模塊、溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)，通過藍(lán)牙設(shè)備通信監(jiān)測手機(jī)狀態(tài)，當(dāng)手機(jī)來電或接收到短信時(shí)Arduino發(fā)出命令，向單片機(jī)發(fā)出信號，從而改變光立方的狀態(tài)。實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫濕度，煙霧數(shù)據(jù)，并在液晶屏上顯示，當(dāng)溫度或空氣指數(shù)大于某個(gè)數(shù)值時(shí)，認(rèn)為 發(fā)生火災(zāi)。觸發(fā)蜂鳴器會(huì)發(fā)出響聲報(bào)警，光立方根據(jù)信號作出相應(yīng)的反應(yīng)，提示不同的信息。Ardu ino會(huì)通過

12、藍(lán)牙發(fā)送信號給手機(jī)，通過An droid App的控制實(shí)現(xiàn)來電監(jiān)控，按下尋找鍵時(shí)同樣發(fā)送信號給手機(jī)，使手機(jī)發(fā)出鈴聲，確定手機(jī)的位置。第5章 硬件電路設(shè)計(jì)5.1硬件電路設(shè)計(jì)64個(gè)led小燈泡、一個(gè)呼吸燈、led液晶屏、蜂鳴器、按鍵、藍(lán)牙模塊、溫濕度傳感器、煙霧傳感器以及單片機(jī)最小系統(tǒng)共同構(gòu)成整個(gè)硬件電路。5.2 硬件電路設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)光立方LCD1602尋找按鍵Arduino主控蜂鳴器呼吸燈溫濕度傳感藍(lán)牙模塊第6章軟件設(shè)計(jì)6.1軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制光立方中有4個(gè)主要的函數(shù)：void laid(); void xinx(); void baoj(); void sous();當(dāng)來電，信息，報(bào)警，搜索

13、時(shí)，分別調(diào)用不同的函數(shù)來控制光立方做出不同的反應(yīng)。Arduino上的程序主要有：檢測傳感器，溫度顯示在LCD上，當(dāng)溫度或煙霧達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)報(bào)警；通過藍(lán)牙與手機(jī)通信；控制單片機(jī)光立方。6.2軟件設(shè)計(jì)邏輯圖APP監(jiān)測手機(jī)狀態(tài)來電信息發(fā)送命令MCU光立方LCD顯示溫濕度第7章單個(gè)模塊系統(tǒng)測試7.1藍(lán)牙模塊VCC:接電源正極GND:接電源負(fù)極TXDRXD:接收端，藍(lán)牙模塊接收從其它設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)；正常情況接其它設(shè)備的發(fā)送端TXD:發(fā)送端，藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給其它設(shè)備；正常情況接其它設(shè)備的接收端RXDEN:使能端，需要進(jìn)入AT模式時(shí)接3.3V7.2溫濕度傳感器1可以檢測周圍環(huán)境的濕度和溫度2傳感器米用DH

14、T11濕度測量誤差：3濕度測量范圍：20%-95%（ 0度-50度范圍）+-5%4溫度測量范圍：0度-50度 溫度測量誤差：+-2度5工作電壓3.3V-5V6輸出形式數(shù)字輸出7設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝8 小板 PCB 尺寸：3.2cm * 1.4cm9電源指示燈（紅色）10每套重量約為8g7.3煙霧傳感器MQ- 2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo) 率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣

15、和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低 成本傳感器。7.4lcd1602 顯示屏1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中第1 腳:VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號，

16、當(dāng) RS為高電平RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：DOD7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光電源正極第16腳：背光電源負(fù)極7.5 光立方本光立方采用4*4*4的形式，共用了 64個(gè)白發(fā)藍(lán)的LED燈珠，每層的陰極相連，每豎的陽極相連,共用了單片機(jī)的20個(gè)I/O 口，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)燈珠的單獨(dú)控制。根據(jù)自己個(gè)人的愛好可以隨心所欲的變換圖案給人以震撼的視覺體驗(yàn)。第8章實(shí)現(xiàn)功能8.1 Arduino控制藍(lán)牙模塊8.2Arduino控制溫濕度傳感器VDDVDDI 5K1 PinMCUDATA2PinDHT114 PinGNDiw H

17、d |-H 金各? 7 '=> 1一L f IJ 羽刊幡坯 m, on/u/23200923038.3 Arduino控制煙霧傳感器煙霧叭Q8.5 Arduino控制單片機(jī)取小系統(tǒng)8.4 Arduino 控制 lcd1602cc?>、.*.5#.7A4tE?f.T.t.?.4,.2Q1>.lL"-曹 t*MV3爐 R4,y 廠 F1G：，4申召 FTAQrorlppwp 沁沁 S ic乳和當(dāng)窩;7爲(wèi)常;78.6單片機(jī)最小系統(tǒng)控制光立方斗p®lj1j- *wkp rBCwyV"*-廿由卜F*'i8.7 手機(jī)app向藍(lán)牙發(fā)送控制信號使

18、用eclipse設(shè)計(jì)開發(fā)適合本設(shè)計(jì)的安裝卓手機(jī)應(yīng)用，定義來電為一個(gè)事件， 通過監(jiān)控這個(gè)事件來控制app運(yùn)行，設(shè)置藍(lán)牙工程，建立好藍(lán)牙通信協(xié)議，確保app的正常運(yùn)行。第9章應(yīng)用前景分析9.1應(yīng)用前景本產(chǎn)品主要面向的人群是處于安靜環(huán)境下工作的人群和聾啞殘疾人士，另外就是科研院所、保密部門等不能攜帶手機(jī)進(jìn)入的單位，也可放在普通家庭中以警示火災(zāi)和煤氣泄漏。安靜環(huán)境下工作的人群如果手機(jī)突然響起鈴聲，將會(huì)顯得很突兀，影響其他人的正常工作，使用本產(chǎn)品的話將會(huì)大大方便，而且可以實(shí)時(shí)了解周圍的環(huán)境情況，手機(jī)忘記放在什么地方時(shí)還能通過按鍵找回，十分方便；聾啞人士聽不到手機(jī)鈴聲可以通過看光立方來判斷手機(jī)是否來電；科

19、研院所工作的人群往往不能帶手機(jī)進(jìn)入，只能放在門口，這樣的話就可以知道外面的手機(jī)來電情況。9.2需求分析中國的科研機(jī)構(gòu)數(shù)量位居全球第二，這意味著科研院所有著數(shù)目龐大的科研人員，而他們的工作環(huán)境一般都是較為安靜的。本產(chǎn)品的使用價(jià)值就體現(xiàn)出來了。據(jù)最新資料統(tǒng)計(jì)說明，我國聽力語言殘疾居視力殘疾、肢殘、智殘等五大殘疾之首，為2057萬人,占中國人口總數(shù)的1.67%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國聾啞癥的發(fā)病率約為2%。！按年均人口出生率計(jì)算，連同出生后23歲嬰幼兒，每年總的群體達(dá) 5700萬，聽損傷的發(fā)病人數(shù)約為17萬。第10章特色10.1藍(lán)牙特色藍(lán)牙和 WIFI都屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它們的相同點(diǎn)是都工作在ISM2.4

20、GHZ公共頻段。目前藍(lán)牙的應(yīng)用少于wifi的應(yīng)用，但這并不代表藍(lán)牙沒有它的優(yōu)勢，只是應(yīng)用的方面不同而已。與wifi相比，藍(lán)牙不需要網(wǎng)絡(luò)，通信更加自由。藍(lán)牙使用的是FHSS （跳頻擴(kuò)譜）方式，一般每秒鐘跳變1600次，將83.5MHz的頻帶劃分為79個(gè)頻帶信道，每個(gè)時(shí)刻只占1MHz的帶寬。調(diào)制方式是 GFSK （高斯頻移鍵控），可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和語音的 無線通信，通信距離一般是10米，在今年4月份推出的最新的版本 Bluetooth4.0傳輸距離可以達(dá)到 50米。 現(xiàn)在各種數(shù)碼產(chǎn)品中基本上都可以集成藍(lán)牙功能，比如，手機(jī)，耳機(jī)，打印機(jī)，鍵鼠，相機(jī)等等，使用范 圍極其廣泛。而wifi所使用的協(xié)議時(shí)I

21、EEE802.11b局域網(wǎng)協(xié)議，它的傳輸范圍100米，速度最大可以達(dá)到11Mbps ,使用的是DSSS（直序列擴(kuò)頻）和QPSK或BPSK（相移鍵控），帶寬是22MHz。主要提供的是無線上網(wǎng)業(yè)務(wù), 因此經(jīng)?？梢栽谛枰獰o線移動(dòng)上網(wǎng)的設(shè)備中看到它的身影，比如筆記本，PDA，智能手機(jī)等。10.2光立方特色光立方的特點(diǎn)，就是帶給你未來3D技術(shù)的科技體驗(yàn)，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍(lán)色的燈光，給人強(qiáng)烈的感官刺激。國慶60周年聯(lián)歡晚會(huì)的一個(gè)表演區(qū)即以天安門廣場國旗旗桿為中心，在它的四邊有4000多棵光藝的 “發(fā)光樹” 這些“發(fā)光樹”是 LED的具有高科技含量 海一棵發(fā)光樹的LED管通過電腦操作可以變換 7 種顏色，“樹”的高度也可以變換且左右搖擺.4000余名表演者站在“樹”下，用手持的道具配合“發(fā)光樹”按照導(dǎo)演的指令進(jìn)行表演“光立方”在氣勢和整體感覺上 ，融合了北京奧運(yùn)會(huì)開幕式“擊缶而歌”和“活字印刷”的風(fēng)格，而各種圖案則與貫穿奧運(yùn)會(huì)開幕式的“畫卷”有異曲同工之妙“光立方”可以根據(jù)愛國歌曲的不同內(nèi)容 ，展示不同的造型和圖案國慶晚會(huì)上的“發(fā)光樹