關于手機藍牙控制電燈開關的設計

1、上海新僑職業(yè)技術學院畢 業(yè) 綜 合 訓 練（報告、設計說明書）專業(yè)班級：機電一體化技術J102班課題名稱：關于手機藍牙的電燈開關控制設計 指導教師： 嚴 亞 芳 學生姓名： 徐 朱 力 完成日期： 2013年6月 目 錄摘要3前言3一、利用手機藍牙來控制電燈的開關思路4二、選擇藍牙做無線開關的原因4三、資料收集6四、編寫程序的前期準備8五、程序的修改11六、開發(fā)板上調試13七、元器件的購買15八、改進電路調試16九、220v電壓真實環(huán)境下調試17十、理想功能介紹18結論 20感謝 21參考文獻 22摘 要本文擬從通過手機藍牙進行開關控制的角度來進行設計的，主要從為什么想到無線開關、為什么選擇藍

2、牙做無線開關、如何編制程序、如何開發(fā)板上進行調試、如何繪制原理圖、如何在220v電壓真實環(huán)境下的利用手機開關做實驗，等角度經行闡述，從而確定整個設計的方案和調試步驟。關鍵詞：手機藍牙，開關，控制前 言電燈開關一般是能控制電源通斷的一種元器件。手機藍牙是一種短距離無線通訊技術。本設計是利用手機藍牙來實現(xiàn)無線電燈開關工作。在大量的參考資料，進行大量的調試實驗的基礎上，一步步完善設計方案，從而實現(xiàn)了關于手機藍牙的電燈開關控制的畢業(yè)設計。一、利用手機藍牙來控制電燈的開關思路目前利用普通開關來控制電燈開關的方法有兩種：單控開關和雙聯(lián)雙控開關。前者只起燈的單一地點控制通斷作用；后者可實現(xiàn)二地可控制電燈通斷

3、作用。人們在日常生活中經常遇到以下情況，躺在床上看書或看電視時，書可以隨手放在枕頭邊電視可以用手中的遙控器來開關，但是燈電燈如何方便的控制呢？現(xiàn)有的常見開關有如下缺點：（一）不方便；（二）不安全，有時為了方便開關進行私接電線這樣很不安全。（三）控制地點少，最多只能實現(xiàn)兩地控制。為了解決以上問題，在設計過程中想到了生活中無處不在的無線技術，如無線鼠標、無線耳機、無線路由器、無線遙控器、無線收音機等等，其實無線技術主要有調頻無線技術、紅外無線技術和藍牙無線技術三種。其中藍牙無線技術實際上是一種短距離無線通信技術。說得通俗一點，是藍牙技術使現(xiàn)代一些易攜帶的移動通信設備和電腦設備不必借助電纜就能聯(lián)網，

4、并且能夠實現(xiàn)無線上因特網，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等家電，組成一個巨大的無線通信網絡。紅外無線技術是設備或者系統(tǒng)通過紅外輻射傳遞數據的一種無線技術。調頻無線技術也最早使用的無線電技術。只要利用這三種技術中的一種我們就可以實現(xiàn)無線控制電燈開關了。二、選擇藍牙做無線開關的原因 無線遙控開關不能是一個遙控器控制一盞燈，否則遙控器多了就會分不清楚，所以遙控器越少越好，最好是不用專門的遙控器。生活中有很多學習型遙控器，又稱拷貝型遙控器，它具有學習功能，可以與學習型控制器自動對碼，直接使用，不需要編碼。學習型遙控器可以和其他遙控器一起使用。但即便如此也不方便，因此想到了利

5、用手機做遙控器。手機能無線控制玩具小車的前進后退，轉向等，說明手機無線控制電燈的開關完是以實現(xiàn)的。在大二學習了PLC知識的基礎上，了解到很多設備的控制，主要是利用輸出高低電平來實現(xiàn)的，就是在數電中所說的用二進制0和1來實現(xiàn)的。只要讓手機發(fā)出一個信號，一個小的儀器接收手機發(fā)出的信號，馬上輸出一個和原來相反的電平，這樣再帶動一個接觸器，就可以實現(xiàn)開和關的動作。但是有什么設備可以接收手機發(fā)出信號呢？手機打電話發(fā)短信的時候，兩部手機間的信號是可以相互交換的。由此有一個想法，就是利用兩部手機，一部手機里的振動馬達接線引出來換成一個接觸器，用另外一部手機打這手機一下電話，接觸器就馬上動作了，從而實現(xiàn)關燈或

6、開燈。但是這想法并沒有去動手論證，因為這樣做法成本也比較高，裝接觸器的那部手機必須要每月交話費保持不停機。用兩部手機的方法被否定了。又想到利用藍牙做無線傳輸。利用藍牙技術，可以無線控制電視、空調、電飯鍋等等家用電器。目前有人用HTC手機藍牙來代替電視和空調的遙控器。所以想到從藍牙入手，做一個利用手機藍牙來無線傳輸從而實現(xiàn)控制。那么議利用手機的無線網絡wifi來實現(xiàn)控制如何呢？wifi比藍牙傳輸距離更遠，也更穩(wěn)定，運用范圍比較廣。但是反復思考后，發(fā)現(xiàn)wifi有一個缺點：當手機已經接上了一個wifi網絡時進行下載時，想要連接另外wifi網絡進行關燈遙控就必須要先退出下載，這比較麻煩。如果利用藍牙就

7、不一樣了，手機可以同時連接wifi和藍牙。所以最終決定利用藍牙。三、資料收集通過對手機遙控玩具汽車的研究，發(fā)現(xiàn)手機藍牙和汽車藍牙進行信息傳輸的模塊是一個叫做藍牙模塊的芯片板子。在淘寶網上搜索，發(fā)現(xiàn)芯片的型號比較多廠，家也很雜。藍牙模塊按功能可以分成三類：主機模塊、從機模塊、主從一體模塊。主機模塊是只能在設置從機模塊時和從機模塊連接，是設置用的。從機模塊是和主機模塊或者PC的藍牙適配器、PDA、藍牙手機等通訊用的。（一）從機模塊具體用法：1ATUS：藍牙狀態(tài)輸出，持續(xù)高電平表示數據鏈路已經連通。可以接單片機的IO口來查詢藍牙的狀態(tài)。這個STATUS不是必須連接的。2.VCC：電源接口，接5V必須

8、連接。3.GND：電源負極必須連接。4.TXD：數據輸出接口，需要連接單片機的數據輸入接口，一般單片機IO的名稱為RX或者RXD。5.RXD：數據接收接口，需要連接單片機的數據發(fā)送接口，一般單片機IO的名稱為TX或者TXD。6.MCLR：主模塊清除配對功能的管腳。一般接單片機的某一個IO，單片機輸出一個500ms的低電平，然后再上拉輸出高電平，實現(xiàn)清除藍牙主機配對信息的功能。從模塊管腳無定義，沒有任何功能。（二）識別主機模塊和從機模塊的方法：圖1：藍牙從機模塊1.最大的區(qū)別是主機模塊有按鈕，從機模塊沒有按鈕。2.主機模塊主芯片上有一個白點，從機模塊沒有白點。3.主機模塊只能和從機模塊通訊，從機

9、模塊可以和主機模塊或者PC的藍牙適配器、PDA、藍牙手機通訊。跳線1：用于選擇是用3.3V對模塊進行供電，還是5V對模塊供電。跳線1短路表示用3.3V對系統(tǒng)供電，跳線1斷開表示用5V對模塊供電。出廠默認不短路跳線，也就是模塊需要5V供電。跳線短路的情況下絕對不能用5V對模塊進行供電，否則模塊必燒。這樣設計的原因，是因為考慮使用STM32開發(fā)板，如果開發(fā)板上沒有5V，只有3.3V輸出，那么只要焊接短路這個跳線即可和STM32無縫連接，出廠默認不短路跳線2：如果用于和STM32開發(fā)板鏈接，這個跳線短路。Arduino開發(fā)板基本都是5V的所以此跳線不用短路(出廠默認不短路)。跳線3：如果用于和STM

10、32開發(fā)板鏈接，這個跳線短路。Arduino開發(fā)板基本都是5V的所以此跳線不用短路(出廠默認不短路)。選擇專門測試藍牙通信串口的軟件裝在電腦和手機里。用手機或者電腦和藍牙模塊連接進行傳輸時，在txd或者rxd腳產生一個高電平。但是在測試時結果令人失望。用萬用表測電壓未發(fā)生任何變化。四、編寫程序的前期準備在藍牙智能小車機器人論壇里了解到了藍牙小車的詳細情況如下：藍牙小車有一塊單片機控制4個接觸器，單片機和手機是通過藍牙從機模塊進行信號交換的。不僅要編寫一段單片機程序，還要編寫一段軟件程序。單片機：單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， 常用

11、英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備構成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)）。和計算機相比，單片機缺少了外圍設備等。概括地講：一塊芯片就成了一臺計算機。它體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。單片機在工業(yè)控制領域廣泛應用。單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成到復雜的對體積要求嚴格的控制設備當中

12、。在單片機開發(fā)板上進行測試實驗。在10條程序中測試出了三條程序是可以用的。以下是條中字數最少的一條，也是后來進行修改后寫進單片機的那條：“include<reg51.h>sbit p0=P27;sbit p1=P26;sbit p2=P25;sbit p3=P24;unsigned char a;void main()TMOD=0x20;TH1=0xfd;TL1=0xfd;TR1=1;REN=1;/開始接收SM0=0;/8位UARTSM1=1;EA=1;/中斷ES=1;while(1)switch(a)case 1:p0=1;p1=0;p2=0;p3=0;break;/scase

13、2:p0=0;p1=1;p2=0;p3=0;break;/wcase 3:p0=0;p1=0;p2=1;p3=0;break;/dcase 4:p0=0;p1=0;p2=0;p3=1;break;/acase 0:p0=0;p1=0;p2=0;p3=0;break;/STOPcase 5:p0=1;p1=0;p2=1;p3=0;break;/Acase 6:p0=1;p1=0;p2=0;p3=1;break;/Bcase 7:p0=0;p1=1;p2=1;p3=0;break;/Ccase 8:p0=0;p1=1;p2=0;p3=1;break;/Dvoid mhp() interrupt 8

14、/串口中斷RI=0;P1=SBUF;a=SBUF;”這只是解決了單片機（俗稱下位機）的程序。至于上位機。電腦和手機上的軟件程序也收集了幾條，但是在運用vb或c+軟件導出的EXE文件都是無法運行的，最后只能下載現(xiàn)成的軟件到電腦和手機里進行調試。五、程序的修改由于網上尋找到的單片機程序是小車用的，它有4個輸出,通過程序sbit p0=P27;sbit p1=P26;sbit p2=P25;sbit p3=P24我們知道了每組都有互鎖的作用：case 1:p0=1;p1=0;p2=0;p3=0;break;/scase 2:p0=0;p1=1;p2=0;p3=0;break;/wcase 3:p0=

15、0;p1=0;p2=1;p3=0;break;/dcase 4:p0=0;p1=0;p2=0;p3=1;break;/a表1：端口分配表P0P1P2P3S1000W0100D0010A0001這樣不僅單片機輸出端口要浪費，而且每組控制都有著一定關系的。比如按下s按鈕，p1端口對應的接觸器閉合，本想按下w按鈕才關，但是以上所示按d 、a都可以關。程序如下：#include<reg51.h>sbit p0=P27;sbit p1=P26;unsigned char a;void main()TMOD=0x20;TH1=0xfd;TL1=0xfd;TR1=1;REN=1;/開始接收SM0

16、=0;/8位UARTSM1=1;EA=1;/中斷ES=1;while(1)switch(a)ase 1:p0=1;break;/scase 2:p0=0;break;/wcase 3:p1=1;break;/dcase 4:p1=0;break;/acase 0:p0=0;p1=0;break;/STOPcase 5:p0=1;p1=0;break;/Acase 6:p0=1;p1=0;break;/Bcase 7:p0=0;p1=1;break;/Ccase 8:p0=0;p1=1;break;/Dvoid mhp() interrupt 8/串口中斷RI=0;P1=SBUF;a=SBUF;

17、這段程序的輸出端口只有兩個sbit p0=P27;sbit p1=P26;也就是一個端口可以接一個接觸器，這段程序可以控制兩盞燈。按鈕和輸出情況見表2表2：改進端口表P0（燈1）P1（燈2）S（開1）1W（關1）0D(開2)1A（關2）0STOP（總關）00如果按下s按鈕p0端口接觸器閉合，按w斷開，按下a和d沒反應。六、開發(fā)板上調試用Keil uVision3軟件，點擊新建工程創(chuàng)建文件位置，選擇單片機我們用的89C52RC單片機是國產的因此在軟件里面無法找到相應的型號，不過可以用飛利浦公司中的P89C51RC2X XX的單片機來代替。接著點擊target1跳出source group1，再點

18、擊任務欄的文件新建，在保存時后綴改為點c。將以上修改完成的程序復制進去，保存后再點擊編譯，最后產生相應的hex文件，這就是下一步將下載進單片機的文件。接著就將單片機開發(fā)板和電腦用usb數據線連接，打開STC_ISP_V483.exe軟件，選擇單片機STC89C52RC，找到相應串口和剛才的hex文件，選擇單片機中晶振頻率，最后點擊下載。上操作過程是我對單片機下載過程的大致描述。由于單片機開發(fā)板上提供了兩個接觸器，應此接線做起來比較方便。圖2所示是單片機開發(fā)版的部分電路圖，圖中的繼電器就是上文所說的接觸器。從圖中我們可以看出只要把j42處的1端口和單片機中的2.7端口相接，點擊w或者s按鈕，接觸

19、器就會有動作。圖2單片機原理圖當然，這只是完成了單片機的開發(fā)板的接線，要想實現(xiàn)用電腦或者手機的接線必須要把單片機和藍牙模塊進行接線。圖3，是開發(fā)板和藍牙模塊之間的接線就這樣打開電腦或者手機上的藍牙，找到AC的藍牙設備，輸入密碼，再打開下載到的那個軟件，點一下軟件上的w按鈕，繼電器有動作了。圖3開發(fā)板原理圖可以說，這已經基本實現(xiàn)了利用手機藍牙來無線控制電燈的開關。七、元器件的購買一個單片機開發(fā)板的板尺寸如果是25×15cm的話就太大了。而且一個單片機開發(fā)板功能太多也浪費，因此決定買一些元器件做一個最小的控制器。在淘寶上訂了51單片機最小系統(tǒng)板、單片機STC89C52RC、松樂T73型繼

20、電器 DC5V繼電器、單面萬用板電木板7*9cm、杜邦線單芯線20cm、接線端子3P。通過三個部分來完成這套無線控制開關。第一個是信號傳輸的藍牙模塊部分，第二個是進行下達指令的單片機部分、第三個是完成執(zhí)行任務的繼電器部分。藍牙模塊繼電器傳輸單片機控制圖4：組成圖根據上述的思路畫出接線圖，如圖5所示。圖5：接線圖八、電路的改進調試圖5所示是單片機輸出高電平時，對應的腳會輸出一個5v的電壓。這樣只要當p2.7腳輸出一個高電平時繼電器就會動作。但是當用烙鐵焊接完電路后在進行調試時，發(fā)現(xiàn)繼電器一點反應都沒有。當用萬用表檢測繼電器兩端電壓時的卻是4.7v在繼電器的驅動電壓范圍內。因此繼續(xù)查找松樂繼電器的

21、技術手冊，如表3所示。表3：技術手冊節(jié)選表查表后發(fā)現(xiàn)沒考慮電流。儀器檢測電流發(fā)現(xiàn)問題出在電流上。單片機雖然輸出的是接近5v的高電平電壓，但是電流只有0.8微安，P2.7和GND底線直接短接電流也只有17微安，相比71.4毫安相差了四千多倍。晶閘管是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示（舊標準中用字母“SCR”表示）。門極只要小小的電流就可以使其導通，能起開關的作用。晶閘管在加正向電壓且門極有觸發(fā)電流。其派生器件有快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、光控晶閘管等。用p2.7接口和晶閘管的門極相接，陽極接正5v，陰極接地。當p2.7輸出高電平時繼電器正常動作，但是當

22、p2.7輸出0v低電平時，繼電器沒有復位。通過實驗發(fā)現(xiàn)，普通晶閘管是不可關斷的，只有可關斷晶閘管才可以實現(xiàn)關斷。三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。我們知道三極管可以放大電流能起開關作用。在半導體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的PN結，組成一個PNP（或NPN）結構。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。但是能放大四千多倍么？果真一個NPN型的三級管由于ie=（1+）ib；ic=*ib 所以測ie電流為2.4毫安，當再接一個三極管進行放大那一測電流就超過了71微安了，

23、在這中間件加了一個電子1.1k的電阻，然后再接一個三極管電流在53微安左右。裝上繼電器可以正常的閉合和斷開。電路圖如，圖6所示表4是對VT1、VT2的e、b、c三個角所測的實際電流值和理論電流值。圖6：接線圖表4：電流表引腳VT1b（微安）VT2c（毫安）VT1e/VT2b（毫安）VT2c（毫安）VT2e（毫安）理論電流微安級2.252.2875實際電流37.52.42.55355九、220v真實環(huán)境下調試由于松樂T73型繼電器可以通過250v以下6安以下的電流，因此可以用作220v電壓的1000瓦以下的開關。繼電器又帶有一組常開常閉觸點，所以可以接成雙聯(lián)，可以實現(xiàn)手動的硬件開關和電腦手機的軟

24、件開關相互切換。圖7是一張完整的電路圖，共有以下五部分組成，分別是無線藍牙控制電路、單片機電路、放大電路、主電路、手動控制。給單片機和藍牙模塊以及繼電器接上5v直流電壓，通上220v交流電，打開手機藍牙找到AC的藍牙設備，輸入密碼，再打開網上下載到的那個軟件，點一下軟件上的w按鈕，燈可以正常的開關了。當用手動開關開燈后，電燈亮了，然后在點一下手機上的按鈕電燈可以熄滅繁殖也可以實現(xiàn)。圖7：最終原理圖十、理想功能介紹設想我們只要通過手機，就可以對生活中的各種電氣設備，無論是大型的吊車還是小型的打印機等進行無線控制。在需要控制時，只要打開手機藍牙，輸入和該設備匹配的藍牙密碼，連接打開手機中的組態(tài)軟件進行控制。我們還可以利用同樣的辦法對汽車報警上鎖等進行控制，下班時掏出手機按幾個鍵，在回家前就打開空調，讓舒適的室內溫度迎接下班拐來的人們。也可以用同樣的方式預熱電熱水器，到家就可以立即洗去一天的疲憊。不僅如此，還可以用手機提前給等在門口的朋友開門、提前打開家里電燈、遠程澆花結 論利用手機藍牙進行無線控制電燈開關，從而實現(xiàn)了手機不僅可以打電話、發(fā)短信、上網、玩游戲、還可以控制電燈，使得手機又多了一項實用的功能。本文通過為什么想到無線開關、為什么選擇藍牙做無線開關、如何編制程序、如何開發(fā)板上進行調試、如何繪制原理