《基于Arduino單片機(jī)的藍(lán)牙控制燈光的系統(tǒng)設(shè)計(jì)》5300字

XVIII基于Arduino單片機(jī)的藍(lán)牙控制燈光的系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文研究的內(nèi)容是基于Arduino的藍(lán)牙控制的燈光，隨著手機(jī)越來越普遍，藍(lán)牙也成為人們生活中不可或缺的一個部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家居，智能技術(shù)越來越普及，在生活，學(xué)習(xí)，工作等領(lǐng)域藍(lán)牙燈光發(fā)揮了重要作用，也有著光明的前景。本設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面，以Arduino單片機(jī)為核心控制板，利用使用藍(lán)牙模塊（HC05）通過串口接收的方式，使Arduino單片機(jī)能識別發(fā)出的數(shù)據(jù)并能判斷數(shù)據(jù)，使燈發(fā)出不同的顏色。在軟件方面，利用C語言進(jìn)行編程，通過軟件來控制燈光的顏色。最后，對藍(lán)牙控制燈光的系統(tǒng)功能和性能進(jìn)行測試,對結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié),最終實(shí)現(xiàn)通過Android手機(jī)客戶端對LED燈進(jìn)行開關(guān)和顏色調(diào)整等功能,在智能家居藍(lán)牙系統(tǒng)與LED燈照明控制方面具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：Arduino單片機(jī)；藍(lán)牙控制；智能目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 12系統(tǒng)整體方案 32.1設(shè)計(jì)思路 32.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33相關(guān)技術(shù)及理論 43.1Arduino單片機(jī)的概述 43.2Andriod藍(lán)牙概述 53.3串口通信概述 54系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 74.1Arduino單片機(jī)控制系統(tǒng) 74.2藍(lán)牙硬件系統(tǒng) 85系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與功能分析 95.1系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 95.2系統(tǒng)功能測試與分析 105.2.1藍(lán)牙設(shè)備連接 105.2.1控制燈光顏色變化 105.3整體測試 106結(jié)論 11參考文獻(xiàn) 12附錄 1緒論隨著電子信息的快速發(fā)展，人工智能在生活中發(fā)揮越來越多的作用，尤其是大大小小的燈光晚會人們展示了新時代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和取得的進(jìn)步，絢麗多彩的燈光秀繪制出一幅幅精妙絕倫的智能燈光的風(fēng)景圖。面向未來，藍(lán)牙控制燈光這一先進(jìn)的智能技術(shù)受到越來愈多人的喜愛。燈光控制系統(tǒng)的發(fā)展的流行性及控制系統(tǒng)本身具有穩(wěn)定性和高效性，使得燈光控制呈現(xiàn)出快速發(fā)展的一大趨勢。為了在未來實(shí)現(xiàn)這一系列的要求，無線智能照明作為一種新型照明系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了無線和自動操控之間的聯(lián)系，還讓人們在生活中方便體會到智能帶來的便利。藍(lán)牙控制燈光就是利用控制系統(tǒng)和燈光在單片機(jī)arduino上進(jìn)行簡單編程，然后實(shí)現(xiàn)人們對于設(shè)計(jì)的各種要求[1]。隨著以后網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和更加普及，智能燈光也會應(yīng)用于各種各樣的場合，成為智能生活最基礎(chǔ)的部分。1.1研究背景在21世紀(jì)，藍(lán)牙技術(shù)的不斷發(fā)育對于許多技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用發(fā)揮了十分重要的作用，藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無線連接技術(shù)，主要用來代替難以便攜的或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線[2]。藍(lán)牙技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備與無線網(wǎng)的短距離數(shù)據(jù)交換、還可以實(shí)現(xiàn)移動設(shè)備和個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換，作為一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙技術(shù)是新興技術(shù)中發(fā)展最快使用最廣泛的一種技術(shù)，它不僅在同一個區(qū)域里面可同時連接若干個設(shè)備，同時其自身還克服了數(shù)據(jù)同步的難題。在辦公室、家庭或者是旅途中，任何電子設(shè)備間使用期間不需要線纜或連接器來操作，使用帶有藍(lán)牙技術(shù)的遙控裝置可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，及就是相當(dāng)于在該裝置周圍組成一個“微網(wǎng)”，在這個小的網(wǎng)狀區(qū)域內(nèi)部任何藍(lán)牙收發(fā)器都可與該裝置互通信號，而且這種連接無需復(fù)雜的軟件支持[3]。1.2研究意義如今，智能家居的快速發(fā)展對智能燈光的照明管理和控制等相關(guān)技術(shù)理論和操作提出很高的要求,這就讓手機(jī)智能控制變得越來越流行?，F(xiàn)有發(fā)育相對成熟的WiFi智能控制燈光雖然能使用手機(jī)控制，但是這種操作功耗大,對手機(jī)依賴性非常強(qiáng),難以實(shí)現(xiàn)本地開關(guān)控制和電池供電的遙控器控制[4]。針對以上的這些問題,本設(shè)計(jì)將研究普遍支持的藍(lán)牙技術(shù),一方面藍(lán)牙具有低功耗,遙控控制方便等特點(diǎn),同時又具備手機(jī)快速連接的優(yōu)點(diǎn),如果能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制,這將會成為一個很好的解決方案。本論文主要介紹智能家居中應(yīng)用最多的現(xiàn)有的短距離無線通信藍(lán)牙技術(shù)。2系統(tǒng)整體方案2.1設(shè)計(jì)思路現(xiàn)在隨處可見的聲控?zé)粼絹碓狡占暗饺祟惖纳钪?，但是我們不乏會遇到聲控失效的情景，這種情況就對于年邁的老人和幼孩來說非常的不方便，所以想到用最流行的藍(lán)牙技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對于燈光的控制，藍(lán)牙系統(tǒng)不論是老年機(jī)還是電話手表都可以輕松連接，這也是現(xiàn)在智能家居發(fā)展的一個前景，在參考過很多類似設(shè)計(jì)之后，然后構(gòu)思出藍(lán)牙控制燈光的這一設(shè)計(jì)。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件主要使用ws2812b的黑板套管和hc-05帶底板焊排針（帶狀態(tài)指示燈）完成實(shí)物的構(gòu)成。使用arduino單片機(jī)開發(fā)板編寫程序，主要是利用串口實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的通信。先把程序?qū)氲桨迳?，通過藍(lán)牙通信（使用的是手機(jī)）來控制單片機(jī)上led燈的亮滅，還設(shè)計(jì)了不同花樣的燈光形式，展示出來的不僅僅是單調(diào)的控制燈光，對于燈光的變化風(fēng)格和顏色也做了一定的設(shè)計(jì)。使用藍(lán)牙技術(shù)就只需要一部手機(jī)，在手機(jī)上下載藍(lán)牙串口app然后進(jìn)行測試（相關(guān)程序的編寫見附錄）。

3相關(guān)技術(shù)及理論3.1Arduino單片機(jī)的概述Arduino是一款靈活且便捷的開源電子原型平臺。包含硬件（Arduino板）和軟件（ArduinoIDE）。這是在2005年冬季由一個歐洲開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出來的[5]。它起初是構(gòu)建于一種開放的原始碼simpleI/O介面版，并同時使用比如Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。主要包含兩個主要的部分：硬件部分是用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是ArduinoIDE，作為計(jì)算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境。使用Arduino，只要在IDE中編寫程序代碼，然后將程序燒錄到Arduino電路板后，程序便會發(fā)送計(jì)算機(jī)語言告訴Arduino電路板接下來該怎么做。Arduino是一款主要以AVR單片機(jī)為核心的控制器單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)板，在開發(fā)的同時Arduino開發(fā)人員還開發(fā)了簡單的函數(shù)，并且還有許多應(yīng)用庫，這樣就省去操作寄存器的麻煩了，新手人員也可以使用Arduino做出自己想要的東西[6]。Arduino的開發(fā)人員還開發(fā)了一個簡潔的IDE模板，這個集成開發(fā)環(huán)境就是用來寫代碼，編譯，調(diào)試，下載一種上位機(jī)軟件。Arduino單片機(jī)可以在沒有完全了解其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器設(shè)置的前提下，只大概了解它的端口作用就可以簡單操作上手。Arduino單片機(jī)對于硬件知識的要求不算太高，只要會一些簡單的C語言，就可利用Arduino單片機(jī)編寫程序。Arduino軟件語言的指令很少并且可讀性十分強(qiáng)，在大學(xué)生互聯(lián)網(wǎng)＋的比賽中常常會有許多學(xué)生選擇Arduino，這要求我們稍微懂一點(diǎn)C語言就可輕松上手，設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)要求的開發(fā)板來[7]。Arduino的開源的性質(zhì)決定了我們可以從Arduino相關(guān)網(wǎng)址、微博、或者博客、甚至我們可以在各大論壇里得到大量的免費(fèi)共享資源，在這個共享平臺的幫助之下，我們在進(jìn)行資源整合，創(chuàng)作出我們自己的作品。這不僅能夠加快我們創(chuàng)作作品的速度，還極大程度上提高了我們創(chuàng)作的效率[8]。Arduino最大的優(yōu)點(diǎn)是，Arduino開發(fā)板質(zhì)量優(yōu)且廉價，對于大學(xué)生而言學(xué)習(xí)創(chuàng)作所花費(fèi)的成本低，更重要一點(diǎn)是：不需要燒錄器，直接用USB線燒錄代碼就可以完成下載。3.2Andriod藍(lán)牙概述藍(lán)牙是一種無線電技術(shù)支持設(shè)備進(jìn)行短距離通信，在包括移動電話、無線藍(lán)牙耳機(jī)、筆記本電腦等眾多種設(shè)備之間進(jìn)行信息交換。使用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地避開移動通信終端設(shè)備之間的有線通信，同時也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，這讓數(shù)據(jù)傳輸變得不在麻煩而是更加迅速并且高效，這為無線通信提供了更加便捷的道路[9]。藍(lán)牙是一種實(shí)現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗無線通信，是現(xiàn)在無線個域網(wǎng)通信的主流技術(shù)之一，其與其他網(wǎng)絡(luò)相連接可以帶來更廣泛的應(yīng)用，也是智能發(fā)展的一個基礎(chǔ)技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)有以下這些優(yōu)點(diǎn)：1、藍(lán)牙技術(shù)通過無線讓電腦和電信之間連網(wǎng)進(jìn)行通信的技術(shù)，它適用的設(shè)備多，無需電纜就可在短距離之間進(jìn)行操作。2、藍(lán)牙技術(shù)非常普及，藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品使用起來方便快捷，利用帶藍(lán)牙設(shè)備的工具可以搜索到另外一個藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品，然后建立兩個無線設(shè)備之間的聯(lián)系，就可以自動傳輸數(shù)據(jù)。3、藍(lán)牙技術(shù)具有十分強(qiáng)的安全性和抗干擾能力，藍(lán)牙技術(shù)的兼容性較好，目前看來藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)能夠成為一項(xiàng)獨(dú)立于操作系統(tǒng)的技術(shù)，簡單地就可以實(shí)現(xiàn)各種操作系統(tǒng)中良好的兼容性能。3.3串口通信概述Arduino的串口有函數(shù)Serial.print（）類和Serial.write（）類，Serial.print（）類和用Ascii碼的形式把編碼的內(nèi)容發(fā)送，所以最后接收到的是由ASCII碼組合而成的一個個數(shù)據(jù)，其本質(zhì)上一種字符串；而Serial.write（）類則直接發(fā)送原始數(shù)據(jù)以字節(jié)的形式，因此我們在串口接收工具端接收到的數(shù)據(jù)不是字符串而是是亂碼，程序就是這樣在計(jì)算機(jī)中存儲的。Arduino與其它設(shè)備進(jìn)行通信必須要使用到的是串口，Arduino串口共有10個可供使用的相關(guān)函數(shù)。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1arduino單片機(jī)控制系統(tǒng)本設(shè)計(jì)使用的是arduino

開發(fā)板，它主要包含兩個部分：硬件部分是用來做電路連接的Arduino電路板。另一個是ArduinoIDE，使用起來非常簡單，首先就是在IDE中編寫實(shí)現(xiàn)led燈光變化的相關(guān)程序代碼，完成程序之后進(jìn)行多次調(diào)試無誤之后，將程序上傳到Arduino電路板上，程序便會在Arduino電路板進(jìn)行相關(guān)操作[10]。單片機(jī)部分選擇了一個新手容易操作上手使用的操作簡單的arduino板?？刂圃硪彩趾唵?，就是利用串口和藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)。圖4.1arduino單片機(jī)控制系統(tǒng)Arduino是一種開源的單片機(jī)，其軟硬件系統(tǒng)開放性十分強(qiáng)，在技術(shù)上也十分開放。對于I/O設(shè)備的Arduino編程，用戶經(jīng)常使用的的I/O設(shè)備都已經(jīng)附帶有庫文件或者樣例程序，用戶只需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的修改和編程，即可編寫出實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的的程序，從而實(shí)現(xiàn)自己想要實(shí)現(xiàn)的的作品，達(dá)成目標(biāo)[11]。以上提供的是一個arduino板的內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)果，本設(shè)計(jì)中所使用到的就是這類開發(fā)環(huán)境，arduino在設(shè)計(jì)初期就帶有自身原始的數(shù)據(jù)庫和函數(shù)，所以搞清楚內(nèi)部設(shè)計(jì)之后，就只需要調(diào)用自身的函數(shù)然后編程。4.2藍(lán)牙硬件系統(tǒng)本設(shè)計(jì)使用的是hc-05的藍(lán)牙模塊，它的功能十分齊全。如圖4.2所示提供的是藍(lán)牙模塊的內(nèi)部設(shè)計(jì)圖以及在本設(shè)計(jì)中所使用的原理的圖示過程，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中藍(lán)牙模板的使用也至關(guān)重要。把藍(lán)牙模塊和arduino連接在一起，大致完成了本設(shè)計(jì)的硬件部分。藍(lán)牙模板是藍(lán)牙技術(shù)接收的硬件設(shè)備，當(dāng)手機(jī)和arduino連接之后需要觀察藍(lán)牙設(shè)備是否開啟，這上面有一個指示燈，當(dāng)指示燈閃爍的時候說明藍(lán)牙連接成功，隨后再進(jìn)行下一步調(diào)試。圖4.2藍(lán)牙硬件系統(tǒng)

5系統(tǒng)軟件測試與分析5.1系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的藍(lán)牙控制燈光的整體設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中選用arduino開發(fā)環(huán)境作為單片機(jī)程序的編譯器，arduino本身自帶許多庫函數(shù)，編寫程序的時候多次調(diào)用庫函數(shù)可以方便功能的實(shí)現(xiàn)[12]。開始后等待軟件部分初始化之后然后將程序下載到單片機(jī)后，要對整個硬件電路做調(diào)試。與在藍(lán)牙連接成功后就可以運(yùn)行程序了。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程圖如圖5.1所示。開始開始庫函數(shù)加載庫函數(shù)加載通信模塊初始化通信模塊初始化藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)運(yùn)行程序運(yùn)行程序 圖5.1軟件件操作流程圖5.2系統(tǒng)功能測試與分析5.2.1藍(lán)牙設(shè)備連接硬件準(zhǔn)備工作，裝備好一個arduino，一根USB線，這里的USB起到電源線的作用，arduino板的電壓為3.V-12V，所以可以接到普通的充電寶是使用。準(zhǔn)備工作完成之后，按照之前調(diào)試的步驟進(jìn)行連接。為了安全起見，必須要注意開發(fā)板收發(fā)兩個端的接法[13]。按照正確方法連接之后，再次檢查無誤后，給usb端接上電源端，當(dāng)看到藍(lán)牙模塊有紅色指示燈閃爍時，打開普通Android手機(jī)。打開藍(lán)牙開關(guān)并搜索找到相應(yīng)的模塊后HC-05那么點(diǎn)擊后連接配對，一般會要輸入配對密碼，一般為1234

或0000，輸入后配對成功便可以操作了[14]。硬件連接后，連上電腦ARDUINOIDE

并上傳相關(guān)代碼測試。5.2.1控制燈光顏色變化在Android手機(jī)上面安裝串口助手，連接藍(lán)牙之后匹配連接，通過不同的程序調(diào)用函數(shù)對燈光進(jìn)行編程和設(shè)置，在串口助手上面設(shè)置每個模式的編號然后進(jìn)行操作，每個對應(yīng)的編碼呈現(xiàn)不同的燈光變化，主要是通過串口通信和藍(lán)牙之間的操作來控制燈光[15]。5.3整體測試本文已完成基于單片機(jī)的藍(lán)牙控制燈光的整體設(shè)計(jì)，現(xiàn)將就已設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。本設(shè)計(jì)中選用arduino開發(fā)環(huán)境作為單片機(jī)程序的編譯器，在程序下載到單片機(jī)后，要對整個硬件電路做調(diào)試。使用andriod手機(jī)上面的藍(lán)牙串口app，打開藍(lán)牙開關(guān)并搜索找到相應(yīng)的模塊后點(diǎn)擊后連接配對，一般會要輸入配對密碼，初始密碼一般是1234

或者0000，輸入后配對成功。在成功連接硬件后，再連上電腦arduino進(jìn)行相關(guān)代碼測試。為了得到燈光的不同設(shè)置，設(shè)計(jì)程序時進(jìn)行修改和精進(jìn)程序，再重復(fù)上述過程，系統(tǒng)調(diào)試完成。6結(jié)論本文著重研究的內(nèi)容是基于arduino單片機(jī)的智能藍(lán)牙控制燈光系統(tǒng)。在日常生活中，越來越多的人對藍(lán)牙燈光越來越感興趣，通過控制終端隨意遙控屋內(nèi)任一回路；電燈開啟時，燈光可以根據(jù)我們設(shè)計(jì)的不同程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在不同場景切換時也是方便實(shí)現(xiàn)。在如今的這個時代，很多年輕人不愿意在房間設(shè)置過多開關(guān)，他們總把注意力一大半放在手機(jī)等電子產(chǎn)品上，因此將總線路控制集合到一部電子產(chǎn)品中，通過該產(chǎn)品的藍(lán)牙端便可以控制住宅內(nèi)所有的燈；電路中使用的硬件有arduino單片機(jī)最小系統(tǒng)、arduino開發(fā)板一塊，藍(lán)牙模塊一個，杜邦線若干根，USB通訊線一根，ANDROID手機(jī)一個通過電路設(shè)計(jì)與仿真測試，完成原理圖設(shè)計(jì)，硬件搭建，代碼編寫，最終達(dá)到使用要求。參考文獻(xiàn)陳呂洲