基于手機(jī)藍(lán)牙的智能電燈與風(fēng)扇控制的設(shè)計(jì)

1、基于手機(jī)藍(lán)牙的智能電燈與風(fēng)扇控制的設(shè)計(jì)競賽實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目: 基于手機(jī)藍(lán)牙的智能電燈與風(fēng)扇控制的設(shè)計(jì) 系 別: 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 班 級: 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 實(shí)踐地點(diǎn): 時 間: 2014年5月19日至 2014年6月8日 1課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題 目 基于手機(jī)藍(lán)牙的智能電燈與風(fēng)扇控制的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 5 月 19 日至 6 月 8 日 共 3 周 指導(dǎo)教師(簽字) 院 長(簽字) 2014 年 6 月 8 日1一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求根據(jù)參賽的需要，綜合運(yùn)用單片機(jī)（含ARM）、模擬/數(shù)字電子

2、技術(shù)、傳感器、Protel等相關(guān)知識，自擬題目，完成本次課程設(shè)計(jì)。全部題目要求經(jīng)過老師的審定，并以實(shí)物形式調(diào)試完成，最后參加最終的課程設(shè)計(jì)作品答辯。12人一組，鼓勵單人單組。二、設(shè)計(jì)原始資料單片機(jī)原理及應(yīng)用教程 范立南 2006年 1月單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)板、開發(fā)模塊單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)臺（箱）、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書PC三、設(shè)計(jì)完成后提交的文件和圖表1計(jì)算說明書部分1）方案論證報(bào)告打印版或手寫版2）程序流程圖3）具體程序代碼 2圖紙部分繪制所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的具體電路原理圖3.其他資料提交所設(shè)計(jì)作品演示的視頻文件以及相關(guān)作品的照片四、進(jìn)程安排教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時 地點(diǎn)資料查閱與學(xué)習(xí)討論 4天 現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室分散設(shè)計(jì) 1

3、4天 現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室編寫報(bào)告 1.5天 現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室成果驗(yàn)收 1.5天 現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室五、主要參考資料電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù)基礎(chǔ)馬建國、孟憲元編 清華大學(xué)出版 2004年4月 實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 姜威 2008年1月 單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真 張靖武 2007年4月 目 錄摘要5一 系統(tǒng)功能及方案設(shè)計(jì)11.設(shè)計(jì)背景12.系統(tǒng)功能13.方案設(shè)計(jì)24、作品特色2二 各模塊電路設(shè)計(jì)31.單片機(jī)模塊3 2.藍(lán)牙模塊：43.繼電器模塊44.電源模塊65.電燈與風(fēng)扇7三 編寫程序的前期準(zhǔn)備81、資料搜集82、元器件購買83、流程圖84、接線圖8四 程序編寫9五 課程設(shè)計(jì)總結(jié)11六

4、致謝12七 參考文獻(xiàn)13摘 要 單片機(jī)：單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， 常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)）。和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括地講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。單片機(jī)由僅有CPU的專用處理

5、器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成到復(fù)雜的對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。智能家居是人類未來生活的發(fā)展方向，智能化的控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)越性。本課程設(shè)計(jì)擬從通過手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行開關(guān)控制的角度來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從而實(shí)現(xiàn)對電燈和風(fēng)扇的分別控制與同時控制。主要從為什么想到無線開關(guān)、為什么選擇藍(lán)牙做無線開關(guān)、如何編制程序、如何開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試、如何繪制原理圖、如何在220v電壓真實(shí)環(huán)境下的利用手機(jī)開關(guān)做實(shí)驗(yàn)，等角度經(jīng)行闡述，從而確定整個設(shè)計(jì)的方案和調(diào)試步驟。5一 系統(tǒng)功能及方案設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)背景設(shè)想我們只要通過手機(jī)，就可以對生活

6、中的各種電氣設(shè)備，無論是大型的吊車還是小型的打印機(jī)等進(jìn)行無線控制。在需要控制時，只要打開手機(jī)藍(lán)牙，輸入和該設(shè)備匹配的藍(lán)牙密碼，連接打開手機(jī)中的組態(tài)軟件進(jìn)行控制。我們還可以利用同樣的辦法對汽車報(bào)警上鎖等進(jìn)行控制，下班時掏出手機(jī)按幾個鍵，在回家前就打開空調(diào)，讓舒適的室內(nèi)溫度迎接下班拐來的人們。也可以用同樣的方式預(yù)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(jī)提前給等在門口的朋友開門、提前打開家里電燈、遠(yuǎn)程澆花2.系統(tǒng)功能 無線遙控開關(guān)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(xué)習(xí)型遙控器，又稱拷貝型遙控器，它具

7、有學(xué)習(xí)功能，可以與學(xué)習(xí)型控制器自動對碼，直接使用，不需要編碼。學(xué)習(xí)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，因此想到了利用手機(jī)做遙控器。手機(jī)能無線控制玩具小車的前進(jìn)后退，轉(zhuǎn)向等，說明手機(jī)無線控制電燈的開關(guān)是可以實(shí)現(xiàn)的。但是有什么設(shè)備可以接收手機(jī)發(fā)出信號呢？手機(jī)打電話發(fā)短信的時候，兩部手機(jī)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(jī)，一部手機(jī)里的振動馬達(dá)接線引出來換成一個接觸器，用另外一部手機(jī)打這手機(jī)一下電話，接觸器就馬上動作了，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)燈或開燈。但是這想法并沒有去動手論證，因?yàn)檫@樣做法成本也比較高，裝接觸器的那部手機(jī)必須要每月交話費(fèi)保持不停機(jī)。用兩部手機(jī)的方法被否定

8、了。又想到利用藍(lán)牙做無線傳輸。利用藍(lán)牙技術(shù)，可以無線控制電視、空調(diào)、電飯鍋等等家用電器。目前有人用HTC手機(jī)藍(lán)牙來代替電視和空調(diào)的遙控器。所以想到從藍(lán)牙入手，做一個利用手機(jī)藍(lán)牙來無線傳輸從而實(shí)現(xiàn)控制。那么議利用手機(jī)的無線網(wǎng)絡(luò)wifi來實(shí)現(xiàn)控制如何呢？wifi比藍(lán)牙傳輸距離更遠(yuǎn)，也更穩(wěn)定，運(yùn)用范圍比較廣。但是反復(fù)思考后，發(fā)現(xiàn)wifi有一個缺點(diǎn)：當(dāng)手機(jī)已經(jīng)接上了一個wifi網(wǎng)絡(luò)時進(jìn)行下載時，想要連接另外wifi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行關(guān)燈遙控就必須要先退出下載，這比較麻煩。如果利用藍(lán)牙就不一樣了，手機(jī)可以同時連接wifi和藍(lán)牙。所以最終決定利用藍(lán)牙。本系統(tǒng)是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上，通過手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送相應(yīng)的指令來控制繼電器

9、的開通和閉合，繼而控制電燈的開關(guān)和風(fēng)扇的停轉(zhuǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)對電燈與風(fēng)扇的分別控制又可以實(shí)現(xiàn)同時控制的設(shè)計(jì)。開關(guān)原理具體介紹：手機(jī)藍(lán)牙給單片機(jī)信號，單片機(jī)接收到此信號，驅(qū)動繼電器工作，繼電器吸和，與繼電器連接的220V轉(zhuǎn)5V的變壓器工作，燈亮或風(fēng)扇轉(zhuǎn)。同理手機(jī)藍(lán)牙給單片機(jī)發(fā)送關(guān)燈或關(guān)風(fēng)扇信號后，繼電器釋放，電路斷開，電燈關(guān)閉，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。避免了因忘記關(guān)燈或風(fēng)扇造成的浪費(fèi)問題，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。3.方案設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)中用到的設(shè)備有：單片機(jī)開發(fā)儀STC89C52RC，藍(lán)牙模塊HC-06，兩路繼電器模塊SRD-05VDC-SL-C，電源模塊AC220V變DC5V，電燈，風(fēng)扇，開關(guān)兩個，杜邦線若干，導(dǎo)線若干等

10、。設(shè)計(jì)說明：人們在日常生活中經(jīng)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(guān)，但是電燈或者風(fēng)扇如何方便的控制呢？現(xiàn)有的常見開關(guān)有如下缺點(diǎn)：（一）不方便；（二）不安全，有時為了方便開關(guān)進(jìn)行私接電線這樣很不安全。（三）控制地點(diǎn)少，最多只能實(shí)現(xiàn)兩地控制。為了解決以上問題，在設(shè)計(jì)過程中想到了生活中無處不在的無線技術(shù)，如無線鼠標(biāo)、無線耳機(jī)、無線路由器、無線遙控器、無線收音機(jī)等等，其實(shí)無線技術(shù)主要有調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)和藍(lán)牙無線技術(shù)三種。其中藍(lán)牙無線技術(shù)實(shí)際上是一種短距離無線通信技術(shù)。說得通俗一點(diǎn)，是藍(lán)牙技術(shù)使現(xiàn)代一些易攜帶的移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備不必借助電

11、纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因特網(wǎng)，其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等家電，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。紅外無線技術(shù)是設(shè)備或者系統(tǒng)通過紅外輻射傳遞數(shù)據(jù)的一種無線技術(shù)。調(diào)頻無線技術(shù)也最早使用的無線電技術(shù)。只要利用這三種技術(shù)中的一種我們就可以實(shí)現(xiàn)無線控制電燈開關(guān)了。在大三學(xué)習(xí)了單片機(jī)知識的基礎(chǔ)上，了解到很多設(shè)備的控制，主要是利用輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)的，就是在數(shù)電中所說的用二進(jìn)制0和1來實(shí)現(xiàn)的。只要讓手機(jī)發(fā)出一個信號，藍(lán)牙模塊HC-06接收手機(jī)發(fā)出的信號，馬上輸出一個和原來相反的電平，這樣再帶動一個繼電器，就可以實(shí)現(xiàn)開和關(guān)的動作?；谑謾C(jī)藍(lán)牙功能的電燈和風(fēng)扇遙控系統(tǒng)實(shí)物圖4

12、、作品特色（1）我們的作品實(shí)現(xiàn)了在家庭中多地控制電燈和風(fēng)扇的功能；有效的解決了增加開關(guān)的走線問題；（2）解決了忘記關(guān)燈和風(fēng)扇導(dǎo)致電量浪費(fèi)問題。二 各模塊電路設(shè)計(jì)1. 單片機(jī)模塊(1)實(shí)物圖（2） 原理圖 a.VCC（40引腳）：電源電壓b.VSS（20引腳）：接地c.P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口d.P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。e.P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。注：此處用到 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 T

13、XD（串行輸出口）f.RST（9引腳）：復(fù)位輸入g./VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號h.單片機(jī)的TXD連接藍(lán)牙模塊的RXD。單片機(jī)的RXD連接藍(lán)牙模塊的TXD.單片機(jī)的VSS為5V電壓供電，GND接地。P2.0接繼電器Relay1控制電燈，P2.1接繼電器Relay2控制風(fēng)扇。2. 藍(lán)牙模塊：藍(lán)牙通信模塊我們采用的是移摩通訊的HC-06藍(lán)牙模塊，該藍(lán)牙模塊具有成本低、體積小、收發(fā)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。模塊采用Bluetooth2.1,遵循V2.1+EDR藍(lán)牙規(guī)范，可以與安卓智能手機(jī)完美通信，可編程I/O口。供電電源為：+5VDC 80mA。主要引腳如下：（1）ATUS：藍(lán)牙狀態(tài)輸出，

14、持續(xù)高電平表示數(shù)據(jù)鏈路已經(jīng)連通?？梢越訂纹瑱C(jī)的IO口來查詢藍(lán)牙的狀態(tài)。這個STATUS不是必須連接的。（2）VCC：電源接口，接5V必須連接。（3）GND：電源負(fù)極必須連接。（4）TXD：數(shù)據(jù)輸出接口，需要連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸入接口，一般單片機(jī)IO的名稱為RX或者RXD。（5）RXD：數(shù)據(jù)接收接口，需要連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送接口，一般單片機(jī)IO的名稱為TX或者TXD。3. 繼電器模塊 實(shí)物圖 (1)繼電器為單刀雙擲，一個 公共端、一個常開端、一個常閉端。（2）低電平吸合，高電平釋放，吸合是指示燈亮，釋放時指示燈滅。（3）VCC為系統(tǒng)電源，JD_VCC為繼電器電源。默認(rèn)發(fā)5V繼電器，插上跳線帽即可。

15、（4）接線說明：VCC：系統(tǒng)電源正極GND：系統(tǒng)電源負(fù)極IN1-IN2:繼電器控制端口4. 電源模塊 AC220V變DC5V降壓模塊：將家庭用電220VAC轉(zhuǎn)為5VDC為單片機(jī)供電，模塊由變壓器、LM7805三端穩(wěn)壓集成電路、濾波電路等構(gòu)成。 （1）實(shí)物圖（2） 原理圖 5.電燈與風(fēng)扇電燈與風(fēng)扇接220V交流電，并通過繼電器觸點(diǎn)控制其接通或斷開。三 編寫程序的前期準(zhǔn)備 1、資料搜集在寫程序之前，我們首先進(jìn)行了資料收集。在網(wǎng)上我們查到了用藍(lán)牙控制智能小車機(jī)器人的論壇。在論壇里我們了解到了藍(lán)牙小車的詳細(xì)情況如下：藍(lán)牙小車有一塊單片機(jī)控制4個接觸器，單片機(jī)和手機(jī)是通過藍(lán)牙從機(jī)模塊進(jìn)行信號交換的。不僅

16、要編寫一段單片機(jī)程序，還要編寫一段串口程序。這只是解決了單片機(jī)（俗稱下位機(jī)）的程序。至于上位機(jī)。電腦和手機(jī)上的軟件程序也收集了幾條，但是在運(yùn)用vb或c+軟件導(dǎo)出的EXE文件都是無法運(yùn)行的，最后只能下載現(xiàn)成的軟件到電腦和手機(jī)里進(jìn)行調(diào)試。2、元器件購買單片機(jī)開發(fā)板由指導(dǎo)老師提供，因此我們只需購買其它所需元件。我們在淘寶上訂了藍(lán)牙模塊FBT-06，兩路繼電器模塊SRD-05VDC-SL-C，電燈，風(fēng)扇，杜邦線等。繼電器為單刀雙擲，一個公共端、一個常開端、一個常閉端，最大輸出為直流30/10A、交流250/10A。電源輸出是AC220V變DC5V。在使用時由于藍(lán)牙模塊出現(xiàn)問題，因此我們借用了實(shí)驗(yàn)室中的

17、HC-06。通過三個部分來完成這套無線控制開關(guān)。第一個是信號傳輸?shù)乃{(lán)牙模塊部分，第二個是進(jìn)行下達(dá)指令的單片機(jī)部分、第三個是完成執(zhí)行任務(wù)的繼電器部分。 3、流程圖用電設(shè)備單片機(jī)藍(lán)牙模塊控制繼電器控制傳輸 4、接線圖 根據(jù)上述的思路畫出接線圖，如下圖所示。四 程序編寫 本程序編寫為使用C語言進(jìn)行編寫。所實(shí)現(xiàn)的功能室在手機(jī)上發(fā)送字符串進(jìn)行控制，CC為電燈關(guān)，風(fēng)扇停；DD為電燈亮，風(fēng)扇停；EE為電燈滅，風(fēng)扇轉(zhuǎn)；FF為電燈亮，風(fēng)扇轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了對電燈與風(fēng)扇的分別控制與同時控制。/* 實(shí)驗(yàn)名 : 智能電燈與風(fēng)扇* 使用的IO : P2* 實(shí)驗(yàn)效果 : 將接收到發(fā)送回電腦上面。*注意 ：*/#include

18、<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar flag,busy; uchar a;uchar receiveData; sbit Relay1=P20;sbit Relay2=P21;void SendString(uchar *s);void SendData(uchar date);void UsartConfiguration();/* 函數(shù)名 : main* 函數(shù)功能 : 主函數(shù)* 輸入 : 無* 輸出 : 無*/void main(

19、) Relay1=1; /繼電器1賦初值 Relay2=1; /繼電器2賦初值UsartConfiguration();SendString("cdef"); / 發(fā)送字符串while(1)if(flag=1) SendData(a);flag=0;switch(a) case 0xcc:Relay1=1;Relay2=1;break; /電燈滅，風(fēng)扇停 case 0xdd:Relay1=0;Relay2=1;break; /電燈亮，風(fēng)扇停 case 0xee:Relay1=1;Relay2=0;break; /電燈滅，風(fēng)扇轉(zhuǎn) case 0xff:Relay1=0;Rela

20、y2=0;break; /電燈亮，風(fēng)扇轉(zhuǎn) /* 函數(shù)名 :UsartConfiguration()* 函數(shù)功能 :設(shè)置串口* 輸入 : 無* 輸出 : 無*/void UsartConfiguration()SCON=0X50;/設(shè)置為工作方式1TMOD=0X20;/設(shè)置計(jì)數(shù)器工作方式2PCON=0X80;/波特率加倍TH1=0XF9;/計(jì)數(shù)器初始值設(shè)置，注意波特率是9600的TL1=0XF9;ES=1;/打開接收中斷EA=1;/打開總中斷TR1=1;/打開計(jì)數(shù)器 void SendString(uchar *s) while(*s) /檢測字符串結(jié)束標(biāo)志 SendData(*s+); /發(fā)送

21、當(dāng)前字符 void SendData(uchar date) while (busy); /等待前面的數(shù)據(jù)發(fā)送完成 busy=1;10 SBUF=date; /寫數(shù)據(jù)到UART數(shù)據(jù)寄存器 /* 函數(shù)名 :Usart()* 函數(shù)功能 : 中斷函數(shù)* 輸入 : 無* 輸出 : 無*/ void Usart() interrupt 4TH1=0XF9;/計(jì)數(shù)器初始值設(shè)置，注意波特率是9600的TL1=0XF9; if (RI) RI = 0;/清除接收中斷標(biāo)志位 a=SBUF;/將接收到的數(shù)據(jù)放入到發(fā)送寄存器 flag=1; if (TI) TI = 0; /清除TI位 busy = 0; /清忙標(biāo)

22、志 五 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次的競賽實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)提高了我分析問題、解決問題的能力，提高了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高了動手能力，提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。我的單片機(jī)應(yīng)用水平邁上了一個新臺階。我認(rèn)識到有很多技能如果不去動手實(shí)踐永遠(yuǎn)也不會掌握，只有在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，才能更好的提升能力。在本次實(shí)訓(xùn)的過程中也遇到了不少問題和困難。剛開始時手機(jī)只能發(fā)出信號而藍(lán)牙模塊不能接收信號，還有通信與繼電器動作不能很好的配合。通過分析問題的原因并不斷調(diào)試程序，這些問題最終得到了解決。通過本次課程設(shè)計(jì)，我總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)是做課程設(shè)計(jì)一定要有耐心，有鍥而不舍的鉆研精神，有不怕吃苦的精神。在科學(xué)的道路上沒有平坦的大道，只有沿著陡峭山路不畏艱險(xiǎn)而勇于攀登的人才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)