基于物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙遙控技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉希明

沈陽(yáng)工學(xué)院

基于物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙遙控技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉希明

沈陽(yáng)工學(xué)院

本文基于物聯(lián)網(wǎng)藍(lán)牙遙控以STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心，藍(lán)牙模塊采用工業(yè)級(jí)HC-05藍(lán)牙模塊完成手機(jī)藍(lán)牙指令的接收和通信，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙APP操作界面完成操控指令的發(fā)送，單片機(jī)控制單元通過(guò)解析所接收到的藍(lán)牙指令，然后對(duì)相應(yīng)的家電開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉的操作，LCD12864液晶顯示屏用來(lái)顯示4路家電開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，液晶顯示屏實(shí)時(shí)更新家電的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以便設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下判斷是控制部分出現(xiàn)故障還是家電部分故障，室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)主要檢測(cè)溫度、濕度和煙霧濃度三個(gè)環(huán)境參數(shù)，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)超限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出鳴笛報(bào)警提示功能。

本文主要是基于51單片機(jī)和2.0藍(lán)牙模塊來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)，藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)，液晶顯示電路設(shè)計(jì)，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集電路，家電開(kāi)關(guān)輸出控制電路設(shè)計(jì)和電源處理電路等幾部分組成，其中單片機(jī)最小系統(tǒng)電路為系統(tǒng)的控制核心，完成控制信號(hào)的采集和控制信號(hào)的輸出控制，HC-05藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)藍(lán)牙指令的接收，然后和單片機(jī)控制電路之間通過(guò)串口通信電路完成數(shù)據(jù)的傳輸，家電開(kāi)關(guān)的控制通過(guò)單片機(jī)控制4路繼電器的斷開(kāi)和吸合來(lái)實(shí)現(xiàn)，繼電器開(kāi)關(guān)采用高電平輸出使能，當(dāng)單片機(jī)對(duì)應(yīng)的端口輸出高電平即可完成對(duì)應(yīng)繼電器開(kāi)關(guān)的接通，相反對(duì)應(yīng)端口輸出低電平，繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。為了直觀的觀測(cè)繼電器開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟和關(guān)閉，繼電器輸出端分別接4種不同顏色的LED燈進(jìn)行模擬演示，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)通過(guò)溫濕度傳感器模塊和煙霧傳感器模塊實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)，藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)，液晶顯示電路設(shè)計(jì)，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集電路，家電開(kāi)關(guān)輸出控制電路設(shè)計(jì)和電源處理電路等幾部分組成，單片機(jī)最小系統(tǒng)控制電路主要有：STC12C5A60S2單片機(jī)、11.0592M晶振、復(fù)位電路三部分組成；藍(lán)牙串口通信模塊主要有：HC-05主從一體藍(lán)牙芯片、3.3VLDO穩(wěn)壓電路和信號(hào)指示燈電路組成；LCD液晶顯示電路主要有：LCD12864液晶、可調(diào)電位器組成，LCD12864中文液晶可以顯示4行32個(gè)中文漢字，可調(diào)電位器用來(lái)調(diào)節(jié)液晶對(duì)比度，電位器一般選4.7K-10K阻值范圍即可；室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集電路主要有：溫度采集、濕度采集和煙霧采集3部分組成；智能家電的開(kāi)啟和關(guān)閉采用繼電器控制實(shí)現(xiàn)，繼電器開(kāi)關(guān)控制電路主要有：繼電器、輸出端子、信號(hào)控制端子以及脈沖泄放回路組成；系統(tǒng)電源處理電路主要有：5V穩(wěn)壓輸出電路和3.3V穩(wěn)壓輸出電路。

系統(tǒng)軟件編程采用C語(yǔ)言編程，編譯環(huán)境為KeilC51，下載工具采用STC-ISP下載軟件進(jìn)行下載，對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的編程方式缺點(diǎn)是頻繁的拔插器件容易損壞器件的引腳；如果頻繁的更換程序，必須重復(fù)拔插，大大降低了開(kāi)發(fā)效率。ISP技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的方向，其優(yōu)勢(shì)是無(wú)需編程器就可進(jìn)行單片機(jī)程序的在線下載，免去調(diào)試時(shí)由于頻繁插入取出對(duì)器件造成的損壞和帶來(lái)的不便還可降低研發(fā)成本，縮短從設(shè)計(jì)、制造到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，大大提高工作效率。系統(tǒng)主程序主要完成單片機(jī)初始化、液晶顯示初始化、藍(lán)牙串口初始化以及環(huán)境監(jiān)測(cè)子程序、液晶顯示子程序的調(diào)用；環(huán)境參數(shù)采集子程序主要有溫度采集、濕度采集和煙霧采集三部分組成；藍(lán)牙串口通信主要是通過(guò)無(wú)線串口通信來(lái)完成，HC-05藍(lán)牙模塊和單片機(jī)之間通信協(xié)議的編寫(xiě)，藍(lán)牙模塊和手機(jī)藍(lán)牙之間信號(hào)的傳輸和藍(lán)牙指令的接收解析等。

系統(tǒng)測(cè)試主要有硬件測(cè)試和軟件功能測(cè)試兩方面組成：系統(tǒng)硬件測(cè)試，實(shí)物焊接制作完畢，接通電源之前，先不要安插單片機(jī)和液晶顯示屏以及藍(lán)牙模塊等貴重器件，接通電源后觀測(cè)硬件實(shí)物上的電源信號(hào)指示燈是否正常點(diǎn)亮，然后用萬(wàn)用表的電壓檔依次測(cè)量單片機(jī)、傳感器模塊、液晶顯示屏、HC-05藍(lán)牙模塊的底座電源和地之間的電壓是否正常，在確保系統(tǒng)各個(gè)模塊節(jié)點(diǎn)電壓正常無(wú)誤的情況下方可進(jìn)行下一步的測(cè)試操作。系統(tǒng)軟件功能測(cè)試主要是把通過(guò)KeilC51編程軟件編譯通過(guò)的程序代碼下載到硬件實(shí)物中進(jìn)行功能的驗(yàn)證，系統(tǒng)功能測(cè)試包括環(huán)境檢測(cè)功能測(cè)試和藍(lán)牙遙控開(kāi)關(guān)功能測(cè)試，環(huán)境檢測(cè)功能測(cè)試當(dāng)系統(tǒng)預(yù)設(shè)環(huán)境參數(shù)報(bào)警上限范圍依次為溫度45攝氏度，濕度80%RH，煙霧濃度500PPM，當(dāng)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的環(huán)境參數(shù)超出預(yù)設(shè)值的時(shí)候，確認(rèn)蜂鳴器鳴笛報(bào)警功能是否開(kāi)啟；藍(lán)牙遙控家電開(kāi)關(guān)功能測(cè)試首先打開(kāi)手機(jī)安裝藍(lán)牙串口通信助手APP，搜索硬件設(shè)備上的藍(lán)牙設(shè)備，然后輸入正確的匹配密碼完成手機(jī)藍(lán)牙和硬件實(shí)物上藍(lán)牙串口模塊的匹配。

史秀男（通訊作者），1987年1月29日生，女，漢族，沈陽(yáng)人，沈陽(yáng)工學(xué)院講師，碩士。主要研究通信系統(tǒng)及下一代網(wǎng)絡(luò)。