【基于藍牙的單片機無線通信研究7000字】

PAGEPAGE12基于藍牙的單片機無線通信研究第\h1章緒論1\h1.1研究背景1\h1.2無線通信技術(shù)的發(fā)展1第\h2章無線通信技術(shù)2\h2.1調(diào)頻無線技術(shù)3\h2.2紅外無線技術(shù)3\h2.3藍牙無線技術(shù)4第\h3章單片機技術(shù)4\h3.1單片機技術(shù)簡介4\h3.251單片機5\h3.3Stm32 6\h3.4藍牙單片機無線通信7第\h4章應用場景8\h4.1智能開關(guān)8\h4.2大棚溫濕度無線監(jiān)控8第\h5章總結(jié)10\h參考文獻12摘要：藍牙技術(shù)以及單片機技術(shù)的飛速前進，給我們的生活帶來了很大的變化，在各種基于藍牙的單片機無線設(shè)備盛行的大背景之下，本文針對無線技術(shù)以及單片機技術(shù)做出了研究。近幾十年來各種無線技術(shù)從無到有，本文重點講述了調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)、藍牙無線技術(shù)，并針對其特點分析了其運用方向；隨后本文又針對單片機技術(shù)做出研究，研究了52單片機和stm32單片機的特點；最后舉藍牙單片機無線通信的應用場景，進一步分析了該技術(shù)給我們生活生產(chǎn)帶來的改變?；诖搜芯?，得出藍牙單片機的而無線通信技術(shù)有著更廣闊的發(fā)展前景的結(jié)論，并對未來該技術(shù)的發(fā)展情況做出分析與預測。關(guān)鍵詞：藍牙技術(shù)單片機無線通信智能應用第1章緒論研究背景隨著現(xiàn)階段科學技術(shù)的快速發(fā)展以及無線通信技術(shù)的飛速前進，單片機技術(shù)及其運用的發(fā)展得到了很強的理論支撐，這些技術(shù)給我們的生活帶來了巨大的改變，也逐漸被人們追捧，應用領(lǐng)域越來越廣，基于此背景下，藍牙技術(shù)與單片機技術(shù)的更是推動著互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展。社會中各個行業(yè)的發(fā)展都離不開無線通信技術(shù)了，不論是長距離通信還是短距離通信，無線通信技術(shù)的發(fā)展從最初的不完善，現(xiàn)在已經(jīng)基于成熟的階段了。在上個世紀快結(jié)束的時候，藍牙技術(shù)產(chǎn)生了，藍牙無線技術(shù)具有低功率、低延時的特點，并且其價格低廉，很容易就廣泛使用到各個設(shè)備，現(xiàn)在我們生活中隨處可見的藍牙設(shè)備，隨處可見的藍牙連接。尤其現(xiàn)在處于物聯(lián)網(wǎng)的時代，藍牙通信技術(shù)更是可以大展宏圖。手機、電腦、鼠標、鍵盤、耳機等都必不可少的用到了藍牙技術(shù)。無線技術(shù)的發(fā)展讓我們在之后的工作生活中更加方便，無線通信技術(shù)改變了我們的生活方式、學習方式、工作方式。無線技術(shù)的發(fā)展，使我們的生活更加具有效率。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，特別是藍牙通信技術(shù)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)可提供遙控、家電控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制及計算機控制等多種功能，使生活更加舒適、便利和安全。電子科技的發(fā)展已經(jīng)極大地優(yōu)化了人們的生活，基于單片機與移動通信技術(shù)的藍牙無線的相關(guān)運應用已經(jīng)逐步在高端住宅場合得到了推廣和應用并取得了一致的好評?；诖吮尘跋拢疚膶谒{牙的單片機無線通信進行了研究，將藍牙技術(shù)應用在單片機技術(shù)上，并分析了智能開關(guān)的運用、大棚濕度溫度無線監(jiān)控等應用場景。無線通信技術(shù)的發(fā)展隨著信息技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)逐漸走入我們的生活，無線技術(shù)的發(fā)展，給我們的生活帶來了極大的便利，在很多的應用方面，傳統(tǒng)的有線技術(shù)以及不能滿足我們國家方方面面的發(fā)展，必須緊跟時代發(fā)展，提高國家整體的科技發(fā)展。早在幾千年前，我國就有了無線通信的實例，古人利用烽火臺來傳遞信息，在戰(zhàn)爭時期，發(fā)現(xiàn)敵人入侵，則點亮烽火臺，通過火光的形式告知友軍有敵人，這種通信方式傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，但是在當年的時代已經(jīng)是一種很不錯的無線通信方式，這也是人最早的無線通信的方式。在到后來，電磁波學說的出現(xiàn)、真空管的發(fā)明、晶體管的發(fā)明，都是無線體系史上具有突破性的發(fā)展。再后來，隨著這些理論體系的不斷完善，第一代、第二代、第三代、第四代、第五代無線通信方式的出現(xiàn)，都是人類史上一次又一次關(guān)鍵性的發(fā)展，這些一次又一次的進步，都推動著世界科技的進步，也改變著人類的生活方式。無線技術(shù)從開始到現(xiàn)在，經(jīng)歷了很多個發(fā)展時期。無線技術(shù)的開始在二十世紀的二十年代附近，最初的發(fā)展時期從開始到1940年左右，在那個時候，由于世界處于多戰(zhàn)亂的環(huán)境，如何贏得戰(zhàn)爭是一個非常重要的問題，由此無線通信技術(shù)開始發(fā)展，收發(fā)信號在短波頻率，這個時期為無線通信技術(shù)的起步，此時的無線系統(tǒng)基本都是專用系統(tǒng)，并且由于發(fā)展限制，無線通信技術(shù)的覆蓋范圍很小，超出一定的范圍，通話會受到很大的干擾，幾乎不可以完成正常通話，距離更遠的話，就完全不能通信了。無線通信主要通過電磁波傳遞信息，電磁波通過頻率的區(qū)別，主要分為長波、中短波、超短波、微波。每一種波根據(jù)其頻率的不同都有不同的應用場景，長波的頻率較小，因此可以在地球表面?zhèn)鞑?，但是其穿透能力不行，因此適合在海上、水上等障礙物較少的地區(qū)通信。中波一般應用在廣播的場景，短波的的傳播距離較長，且主要是通過天波傳播，因此在應急方面應用比較廣泛，微波的傳輸距離較短，但是它的穩(wěn)定性強，且?guī)捿^款，因此一般在移動通信中和衛(wèi)星通信應用的較多。第2章無線通信技術(shù)無線通信技術(shù)有很多種通信方式，本章主要講述了現(xiàn)在比較常用的無線技術(shù)，調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)、藍牙無線技術(shù)，分別對三種技術(shù)的原理以及工作方式進行講述，最后分析了三種無線通信技術(shù)的優(yōu)缺點。2.1調(diào)頻無線技術(shù)調(diào)頻無線技術(shù)是比較早期的無線通信技術(shù)，它的原理是將模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號，再將數(shù)字信號進行調(diào)制，最后將調(diào)制后的信號傳輸出去的一種無線通信技術(shù)。該技術(shù)的工作原理基本與傳統(tǒng)的收音機工作方式一致，都是使用的調(diào)頻技術(shù)。收音機的調(diào)頻信號為模擬信號，很容易產(chǎn)生失真，調(diào)頻技術(shù)也可以采用數(shù)字的方式進行調(diào)制，將模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。再將該數(shù)字信號進行載波調(diào)制，調(diào)制之后的信號再發(fā)射出去。在信號的接收端設(shè)備，以相同的頻率來接收該信號，將接收到的模擬信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為模擬信號之后，將其放大，最后通過揚聲器發(fā)射。載波是\t"/item/%E8%B0%83%E9%A2%91%E6%97%A0%E7%BA%BF%E6%8A%80%E6%9C%AF/_blank"\h無線發(fā)射器的中心頻率，F(xiàn)M調(diào)制就是指用聲音信號對載波波形的頻率參數(shù)進行控制，使載波信號帶有聲音信息。近年來該技術(shù)以及趨于成熟，制作的成本對比其他新型的無線通信技術(shù)來說低很多，但是它的缺點也很明顯，最主要的缺點是很容易受到外界的干擾，如果在附近有頻率與之相同或者差不多的無線電波的時候，就會很明顯的產(chǎn)生波形失真現(xiàn)象。為了避免失真現(xiàn)象的出現(xiàn)，調(diào)頻無線通信技術(shù)在通信的過程中，會提高載波的頻率，讓其與容易受到干擾的頻率避開，即避開干擾。2.2紅外無線技術(shù)紅外通信技術(shù)是利用紅外線來傳輸數(shù)據(jù)，是屬于無線傳輸技術(shù)的其中一類，由于是無線技術(shù)，因此在傳輸過程中不需要實際有介質(zhì)相連接。該技術(shù)是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，是第一個實現(xiàn)無線個人局域網(wǎng)的技術(shù)。由于紅外通信屬于無線技術(shù)，使用起來簡單，成本低廉，并且紅外技術(shù)還有一個顯著的優(yōu)點，就是不需要配對，只需要兩個設(shè)備的接口對準，就可以建立通信，所以在許多小型設(shè)備中應用廣泛，例如各種遙控器設(shè)備。紅外通信也有著比較顯著的缺點，有圖紅外線具有直射的特點，因此紅外無線通信技術(shù)在使用的時候，應該避免障礙物較多的情況，有障礙的情況下大多使用藍牙技術(shù)。紅外無線通信技術(shù)適合于短距離通信的情況，并且其傳輸?shù)乃俾瘦^低。2.3\t"/item/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E6%8A%80%E6%9C%AF/_blank"\h藍牙無線技術(shù)藍牙技術(shù)是一種適合短距離無線通信的技術(shù)，進幾十年來，隨著無線技術(shù)的發(fā)展，藍牙技術(shù)的發(fā)展也變得快速起來。所謂的藍牙技術(shù)，就是使得PC設(shè)備或者是移動通信的手機等設(shè)備，并不需要在有線介質(zhì)的連接，在無線的情況下就能進行通信。藍牙技術(shù)最初由\t"/item/%E8%93%9D%E7%89%99%E6%97%A0%E7%BA%BF%E6%8A%80%E6%9C%AF/_blank"\h愛立信公司創(chuàng)立，1994年提出該方案，最初是為了研究移動端的電話能夠與其他設(shè)備進行無線通信，且通信過程中產(chǎn)生的功耗較低、建設(shè)成本較低。由于許多用戶使用藍牙設(shè)備，其中有許多電子產(chǎn)品的協(xié)議會產(chǎn)生沖突，因此最初發(fā)明的適合，希望能夠創(chuàng)造一個統(tǒng)一的規(guī)則。1998年的適合，共有5家比較出名的廠商在共同研究的同時，針對無線技術(shù)研究的時候，提出了藍牙技術(shù)，其主要目的是為了發(fā)明出一種適合短距離通信，成本低、耗能低的一種無線通信方式。藍牙可以在不同的設(shè)備間進行無線通信，例如說電腦與鼠標、鍵盤、耳機連接起來進行通信。藍牙無線技術(shù)具有低功率、低延時的特點，并且其價格低廉，很容易就廣泛使用到各個設(shè)備。藍牙無線技術(shù)也具備很多缺點，例如只能短距離傳輸，當傳輸距離過遠的時候，通信就會產(chǎn)生中斷，在不同的設(shè)備之間進行通信會出現(xiàn)協(xié)議不兼容的情況，傳輸速率較慢，需要高速傳輸?shù)那榫熬筒荒苁褂玫剿{牙無線技術(shù)。3單片機技術(shù)3.1單片機技術(shù)簡介從上個世紀末開始單片機技術(shù)已經(jīng)開始逐步發(fā)展，隨著近三十年來各方面技術(shù)的進步，單片機技術(shù)的運用也逐漸成熟，并且在各個領(lǐng)域廣泛運用。到現(xiàn)在，單片機在智能設(shè)備中的運用越來越多，在智能發(fā)展的時代，任何一個位置都少不了單片機的身影。單片機又稱為微型控制器，它并不是一個普通的邏輯芯片，而是將整個計算機的系統(tǒng)，集中在一個小小的芯片上面，麻雀雖小五臟俱全，和大型的計算機相比，單片機功能齊全，其中包括了CPU、ROM、RAM等，各種復雜的運算單片機都可以完成。由此可見，單片機憑借著強大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和計算功能可以在智能電子設(shè)備中充分應用。單片機的系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分，單片機的硬件部分，除了集成芯片之外，還有各種外部元件的存在，軟件的編寫要根據(jù)單片機其他部分是什么情況，現(xiàn)在給單片機編程的一般為C語言或者匯編語言。單片機主要應用于自動化控制，在很多場景都有運用，從我們生活層面到國家科技層面都有著廣泛的運用。我們的生活被單片機技術(shù)包圍著，并且在不久的將來，單片機技術(shù)會應用在我們生活的方方面面。3.251單片機現(xiàn)在比較常用的單片機為STC89C51，該單片機具有及其高的性能，并且它消耗的能量很少，是一種CMOS8位微型控制器，擁有8KB可反復擦寫多次的字節(jié)程序存儲空間、512字節(jié)的隨機存儲數(shù)據(jù)存儲空間。另外STC89C51單片機可以設(shè)置低功耗空閑模式和掉電保護模式：低功耗空閑模式下，CPU停止工作，RAM與定時器/計數(shù)器等可以繼續(xù)工作；掉電保護方式下，保存RAM的內(nèi)容，凍結(jié)振蕩器，在下一個中斷或硬件復位之前，停止單片機的一切工作。STC89C51單片機還可以設(shè)置睡眠和喚醒功能，同時，對比其他單片機芯片，STC89C51單片機的外圍電路相對來說更為簡單，單片機價格更低，缺點是該單片機的工作頻率較低，STC89C51單片機具有很高的性價比。STC89C51單片機最小系統(tǒng)由三部分電路組成，一個是復位電路，一個是時鐘電路，還有一個是電源電路。只有具備這三部分電路，STC89C51單片機才能正常運行。其中，電源電路是為單片機提供電源，該電路的VCC引腳接電源正極，GND引腳接負極；時鐘電路由晶振Y1，電容C1與C2組成，它主要是給單片機提供時鐘信號；復位電路由一個按鍵、一個電解電容和一個電阻組成，既可以通過按鍵手動復位，也可以通過上電自動復位。圖3.1是單片機最小系統(tǒng)原理圖：圖3.1單片機最小系統(tǒng)原理圖3.3Stm32Stm32系列的單片機比較常見的51單片機來說功能更加強大，工作速度也更快，適合于很多系統(tǒng)的運用。從硬件的角度來說，STM32F103的外觀比較小巧，在設(shè)計中不占用位置，移動性強大，STM32系列專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設(shè)計的單片機，下面對STM32做出具體介紹。根據(jù)STM32F103的芯片手冊，可以了解到該單片機的主要特性：(1)該主控制器的系統(tǒng)時鐘頻率較大，為72赫茲；(2)該主控制器具有九個通信接口；(3)該主控制器具有7個定時器；(4)該主控制器具有有兩個SPI的同步串行接口正好滿足本設(shè)計中無線收發(fā)模塊和語音模塊的需求，且速率可達到18Mbps；(5)調(diào)試模式支持SWD和JATG的通信接口；(6)該主控制器的程序存儲器為128KB，靜態(tài)隨機存取存儲器為20kb；通過查看STM32F103的芯片手冊，從以上的一些重要參數(shù)來看，STM32單片機是一種各方面都非常優(yōu)秀的單片機，不僅滿足大多數(shù)開發(fā)要求，成本低廉，而且工作速度非?？?，能夠順暢完成多個設(shè)備之間的通信。圖3.2為STM32F103的外圍電路模擬圖。圖3.2STM32F103外圍電路模擬圖3.4藍牙單片機無線通信隨著現(xiàn)在無線化的發(fā)展有線設(shè)備在很多場景并不能滿足我們的生活需求，無線設(shè)備在未來更有發(fā)展前景。支持單片機進行無線通信的方式有很多種，又適合長距離的通信、中距離的通信，也有適合短距離的通信，例如zigbee技術(shù)、技術(shù)、藍牙技術(shù)等，本文就藍牙技術(shù)重點做出了研究，并將其與單片機技術(shù)結(jié)合，應用到各個智能產(chǎn)品上。基于藍牙的無線通信技術(shù)的運用具有很多的優(yōu)點，成本低廉，不需要付出太大的代價就可以實現(xiàn)無線通信；通信適應性好，即使通信的雙方從沒有障礙的地方轉(zhuǎn)換到有障礙物的地方，依然可以順利進行數(shù)據(jù)交換；實現(xiàn)起來方便，并不需要消耗過大的能量即可進行通信，實現(xiàn)起來方便快捷。所以，基于藍牙的單片機無線通信技術(shù)的運用很廣闊，以及進入到我們生產(chǎn)生活的方方面面，在下一章節(jié)，本文將對基于藍牙的單片機無線通信技術(shù)的運用場景做出介紹。第4章應用場景4.1智能開關(guān)單片機技術(shù)與無線技術(shù)的快速發(fā)展，改變了我們現(xiàn)在的生活方式，智能家居系統(tǒng)等在我們生活中起到了很大的作用，智能開關(guān)就是一個典型應用場景。在智能開關(guān)的系統(tǒng)中，主要是利用了藍牙技術(shù)與單片機技術(shù)，用戶通過手機端來查看各種電器設(shè)備的工作狀態(tài)，并通過手機端的藍牙模塊發(fā)起控制，單片機接收到來自用戶的藍牙信號之后，實現(xiàn)對開關(guān)的控制，從而并不需要手動按動開關(guān)就可以實現(xiàn)對開關(guān)的控制。智能開關(guān)的原理圖如圖4.1所示。圖4.1智能開關(guān)原理圖下面具體對該系統(tǒng)的工作流程做出介紹，該系統(tǒng)以51單片機作為控制器核心，并且通過藍牙技術(shù)把傳感器接收到的數(shù)據(jù)傳送給手機端，智能手機通過對接收到的數(shù)據(jù)分析處理，將接收到的數(shù)據(jù)再通過藍牙設(shè)備反饋給單片機，單片機接收到信號之后，利用其信號發(fā)生器、計數(shù)器等做出相應的信號判斷，進而實現(xiàn)對各種家用電器的控制，目前利用藍牙單片機的技術(shù)的智能開關(guān)應用已經(jīng)得到了廣泛應用，并且改變了我們的生活方式，不需要考慮距離過遠的問題，只需要保持不動，就實現(xiàn)了對開關(guān)的遠程控制。通過此智能化的應用，也為全球節(jié)能減排做出了貢獻，可以減少不必要的用電，節(jié)約電能。4.2大棚溫濕度無線監(jiān)控藍牙單片機無線技術(shù)也可以在農(nóng)業(yè)方面有很廣泛的應用，大棚溫濕度無線監(jiān)控系統(tǒng)就是一個很好的運用，在該系統(tǒng)中，主要運用了藍牙技術(shù)與單片機技術(shù)，同時也不可缺少的運用了傳感器技術(shù)去收集大棚的數(shù)據(jù)等，從而可以更方便的去對大棚實現(xiàn)管理，保證農(nóng)作物的健康生長。該系統(tǒng)的主要思路，首先農(nóng)作物生長的大棚里面均勻分布了傳感器設(shè)備，該溫濕度傳感器可以將收集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機控制器，單片機將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，通過藍牙設(shè)備傳輸給用戶端，農(nóng)作物的主人就可以實時檢測到大棚的具體環(huán)境參數(shù)。圖4.2為大棚溫濕度無線監(jiān)控原理圖。圖4.2大棚溫濕度無線監(jiān)控原理圖現(xiàn)階段藍牙單片機無線通信技術(shù)在許多現(xiàn)代化的大棚中已經(jīng)有了具體的運用，除了能夠檢測溫濕度之外，單片機還可以添加其他的外部設(shè)備，例如攝像頭、報警器、風扇等，通過藍牙技術(shù)將數(shù)據(jù)傳回之后，用戶可以通過啟動風扇等功能來改善大棚內(nèi)的環(huán)境，有異常情況單片機可以控制系統(tǒng)報警，從而引起警覺，保證大棚內(nèi)農(nóng)作物更好更健康的生長。

第5章總結(jié)本文在科學技術(shù)的快速發(fā)展以及無線通信技術(shù)的飛速前進的時代背景下，針對無線技術(shù)和單片機技術(shù)做出了研究，并針對藍牙單片機技術(shù)的應用場景做出了分析，得出在以后會有更大發(fā)展空間的結(jié)論。本文首先對無線通信技術(shù)做出了研究與介紹，講述了現(xiàn)在比較常用的無線技術(shù)，調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)、藍牙無線技術(shù)，分別對三種技術(shù)的原理以及工作方式進行講述，最后分析了三種無線通信技術(shù)的優(yōu)缺點，為后文本文要研究藍牙技術(shù)在單片機技術(shù)中的運用奠定基礎(chǔ)。然后介紹了單片機技術(shù)，單片機又叫微型控制器，從上個世紀末開始發(fā)展，本文重點介紹了51單片機和stm32單片機，STC89C51單片機具有及其高的性能，是一種CMOS8位微型控制器，擁有8KB可反復擦寫多次的字節(jié)程序存儲空間、512字節(jié)的隨機存儲數(shù)據(jù)存儲空間；Stm32系列的單片機比較常見的51單片機來說功能更加強大，工作速度也更快，適合于很多系統(tǒng)的運用。最后介紹了藍牙單片機的無線通信。介紹了無線技術(shù)和單片機技術(shù)之后，本文第四章介紹了單片機的應用場景，智能開關(guān)的應用、大棚溫濕度無線監(jiān)控等，這些運用都改變了我們的生活方式?？偟膩碚f，基于藍牙單片機的無線通信技術(shù)具有廣闊的發(fā)展的發(fā)展前景，現(xiàn)在我們生活中處處離不開單片機，也處處都存在藍牙技術(shù)。在未來，單片機技術(shù)會不斷發(fā)展進步，藍牙技術(shù)也會不斷完善，我們要充分發(fā)揮我們的想象力，藍牙技術(shù)和單片機技術(shù)才能碰撞出更美麗的火花。參考文獻馬建倉,羅亞軍,趙玉亭.藍牙核心技術(shù)及應用[M].北京:科學出版社,2003.史燕波,徐博,張士平.天線在無線電通信中的作用[J].數(shù)字技術(shù)與應用,2015(06):61.張靜.基于安卓藍牙的遠距離通信系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連海事大學,2017.Sairam,K.V.S.S.S.S.Gunasekaran,N.Redd,S.R.Bluetoothinwirelesscommunication[J].CommunicationsMagazineIEEE,2017,97(6):1-9.黃勝達,葉道強,高冬源,謝端方.基于藍牙的Android平臺燈具控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].河南科技,2015(01):28-30.吳帆.基于藍牙技術(shù)的文件傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學,2007.楊峰，胡彬，羅青青.STC單片機AD轉(zhuǎn)換及EEPROM使用.數(shù)字技術(shù)與應用，2011（9）：169-171黃金山，段有志.單片機的應用與開發(fā)技巧.中國科技縱橫，2011（9）：289黃景良.基于物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制開關(guān)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應用，2015.胡慶，周志強，吉彬，王崇.基于AT89C51單片機的智能澆灌系統(tǒng)[N].成都大學學報，2016.周克輝.基于WiFi模塊的智能開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2016.