基于物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制開關(guān)的設(shè)計(jì)

黃景良

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，智能家居以其獨(dú)有的開放性優(yōu)勢(shì)正在為我們提供更多優(yōu)質(zhì)便捷的技術(shù)成果。本設(shè)計(jì)的是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，基于智能手機(jī)平能，借助于物聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)牙技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種無線遙控智能開關(guān)解決方案。設(shè)計(jì)以手機(jī)控制平臺(tái)、藍(lán)牙通訊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等硬件模塊組成的小型智能開關(guān)控制家居。文章從通過手機(jī)進(jìn)行控制的角度來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能開關(guān)控制要實(shí)現(xiàn)的功能，接著闡述該系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)及原理的說明，包括了方案的設(shè)計(jì)、重要元器件的介紹、電路設(shè)計(jì)的說明、軟件設(shè)計(jì)流程以及系統(tǒng)的調(diào)試。最后總結(jié)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家電開關(guān)控制設(shè)計(jì)完成的任務(wù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；手機(jī)藍(lán)牙；智能開關(guān)

前言

隨著網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展、通信技術(shù)的不斷進(jìn)步、國(guó)內(nèi)外消費(fèi)水平的不斷攀升，網(wǎng)絡(luò)通信越來越多的被應(yīng)用于人們的日常生活中，人們對(duì)于生活質(zhì)量、住宅質(zhì)量的要求也越來越高。傳統(tǒng)家居設(shè)備控制已經(jīng)不能滿足于當(dāng)代人們的需求。人們需要更高效、更便捷、更舒適、更安全的生活環(huán)境?；谶@些對(duì)于高品質(zhì)生活的追求，智能家居的理念應(yīng)運(yùn)而生。本著加強(qiáng)家居生活的智能化，滿足高效、便利、舒適與安全的要求，結(jié)合嵌入式技術(shù)與智能家居相關(guān)概念，設(shè)計(jì)出一套家居無線控制網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)一般是能控制電源通斷的一種元器件。手機(jī)藍(lán)牙通訊是一種短距離無線通訊技術(shù)。本設(shè)計(jì)是利用手機(jī)藍(lán)牙來實(shí)現(xiàn)無線電燈智能開關(guān)工作。在大量的參考資料，進(jìn)行大量的調(diào)試實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步完善設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能開關(guān)控制的設(shè)計(jì)。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能控制開關(guān)的設(shè)計(jì)思路

目前利用普通開關(guān)來控制電燈開關(guān)的方法有：?jiǎn)慰亻_關(guān)和雙聯(lián)雙控開關(guān)。前者只對(duì)燈的單一地點(diǎn)控制通斷作用；后者可實(shí)現(xiàn)二地可控制電燈通斷作用。人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到以下情況，躺在床上看書或看電視時(shí)，書可以隨手放在枕頭電視可以用手中的遙控器來開關(guān)，但是電燈如何方便的控制呢？

現(xiàn)有的常見開關(guān)有如下缺點(diǎn)：

（1）不方便；（2）不安全，有時(shí)為了方便開關(guān)進(jìn)行私接電線這樣很不安全；（3）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、無線收音機(jī)、無線遙控器等等，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(dòng)通信設(shè)備和電腦設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以擴(kuò)展到各家家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車等家電，組成一個(gè)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。

2 無線通訊技術(shù)的選擇——藍(lán)牙

無線遙控開關(guān)不能是一個(gè)遙控器控制一盞燈，否則遙控器多了就會(huì)分不清楚，所以遙控器越少越好，最好是不用專門的遙控器。生活中很多學(xué)習(xí)型遙控器，又稱拷貝型遙控器，它具有學(xué)習(xí)功能，可以與學(xué)習(xí)型控制器自動(dòng)對(duì)碼，直接使用，不需要編碼。學(xué)習(xí)型控制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。只要讓手機(jī)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，一個(gè)小的儀器接收手機(jī)發(fā)出的信號(hào)，馬上輸出一個(gè)和原來相反的電平，這樣再帶動(dòng)一個(gè)接觸器，就可以實(shí)現(xiàn)開與關(guān)的動(dòng)作。

現(xiàn)在家用無線通訊比較多的是使用wifi和藍(lán)牙，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。但是針對(duì)智能家電和開關(guān)論證后發(fā)現(xiàn)wifi有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)手機(jī)已經(jīng)連接上一個(gè)又一個(gè)wifi網(wǎng)絡(luò)時(shí)進(jìn)行下載時(shí)，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栽，這比較麻煩。如果利用藍(lán)牙就不一樣了，手機(jī)可以同時(shí)連接wifi和藍(lán)牙，并且藍(lán)牙還可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的控制，可以實(shí)現(xiàn)無線電視、空調(diào)、電飯蝸等等家用電器，優(yōu)先于現(xiàn)代的電子控制和實(shí)用性，故選擇藍(lán)牙通訊技術(shù)。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能模塊的測(cè)試

通過對(duì)手機(jī)遙控玩具汽車的研究，發(fā)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙和汽車藍(lán)牙進(jìn)行信息傳輸?shù)哪K是一個(gè)叫藍(lán)牙模塊的芯片板子。在淘寶網(wǎng)上搜索，發(fā)現(xiàn)芯片的型號(hào)比較多廠，家也很雜。藍(lán)牙模塊按功能可以分成三類：主機(jī)模塊、從機(jī)模塊、主從一體模塊。主機(jī)模塊只能在設(shè)置從機(jī)模塊時(shí)和從機(jī)模塊連接，是設(shè)置用的。從機(jī)模塊是和主機(jī)模塊或者PC的藍(lán)牙適配器、PDA、藍(lán)牙手機(jī)等通訊用的。我試驗(yàn)中選用無線藍(lán)牙串口模塊HC-06。

模塊具體用法：

（1）ATUS：藍(lán)牙狀態(tài)輸出，持續(xù)高電平表示數(shù)據(jù)鏈路已經(jīng)連通。可以接單片機(jī)的IO口來查詢藍(lán)牙的狀態(tài)。這個(gè)STATUSBU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)發(fā)送接口，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。（6）MCLR：主模塊清除配對(duì)功能的管腳。一般接單片機(jī)的某一個(gè)IO，單片機(jī)輸出一個(gè)500ms的低電平，然后再上拉輸出高電平，實(shí)現(xiàn)清除藍(lán)牙主機(jī)配對(duì)信息的功能。從模塊管腳無定義，沒有任何功能。

4 程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)和手機(jī)是通過藍(lán)牙從機(jī)模塊進(jìn)行信號(hào)交換的。不僅要編寫一段單片機(jī)程序，還要編寫一段軟件程序。這只是解決了單片機(jī)（俗稱下位機(jī)）的程序。功能按鍵如下，按下s按鈕，p1端口對(duì)應(yīng)的接觸器閉合，本想按下w按鈕才關(guān)，但是以上所示按d、a都可以關(guān)。

程序如下：

#include{reg51.h

Sbit p0=p2^7；

Sbit pl=p2^6

Unsigned char a；

Void main（）

{

TMOD=Ox20；

TH1=0xfd；

TL1=0xfd；

TR1=1；

REN=1；//開始接收

SM0=0；//8位UART

SM1=1；

EA=1//中斷

ES=1；

While（1）

{switch（a）

{

Case 1：p0=1；break；//s

Case 2：p0=0；break//w

Case 3：p1=1；break：//d

Case 4：p1=0；break：//a

Case 0：p0=0；p1=0；break//STOP

Case 5：p0=1；p1=0；break；//A

Case 6：p0=1；p1=0；break；//B

Case 7：p0=0；p1=1；break；//C

Case 8：p0=0；p1=1；break；//D

}

}

}

Void mhp（）interrupt 8//串口中斷

{

RI=0；

P1=SBUF；

a=SBUF；

}

這段程序的輸出端口只有兩個(gè)sbit p0=P2^7；sbit p1=P2^6；也就是一個(gè)端口可以接一個(gè)繼電器，這段程序可以控制兩盞燈。

5 系統(tǒng)調(diào)試

利用keil uVision3軟件編譯，產(chǎn)生相應(yīng)的.hex文件，STC-ISP-V483.exe軟件進(jìn)行程序下載。由于單片機(jī)開發(fā)板上提供了兩個(gè)繼電器，應(yīng)此接線做起來比較方便。圖2所示是單片機(jī)開發(fā)版的部分電路圖。從圖中我們可以看出只要把J42處的l端和單片機(jī)中的2.7端口相接，點(diǎn)擊w或者s按鈕，接觸器就會(huì)有動(dòng)作。

圖3是開發(fā)扳和藍(lán)牙模塊之間的接線，就這樣打開電腦或者手機(jī)上的藍(lán)牙，找到AC的藍(lán)牙設(shè)備，輸入密碼，再打開下載到的那個(gè)軟件，點(diǎn)一下軟件上的w按鈕，繼電器有動(dòng)作，基于實(shí)現(xiàn)了利用手機(jī)藍(lán)牙來無線控制電燈的開關(guān)。手機(jī)通過藍(lán)牙串口助手來操作。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為家居智能化提供了可靠的技術(shù)保障，智能家居具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。設(shè)想我們只要通過手機(jī)，就可以對(duì)生活中的各種電氣設(shè)備，無論是大型的吊車還是小型的電燈進(jìn)行無線控制。利用手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行無線控制開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了手機(jī)不僅可以打電話、發(fā)短信、娛樂，還可能控制電燈，使得手機(jī)又多了一項(xiàng)實(shí)用的功能。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我遇到很多問題和困難，每次我都會(huì)認(rèn)真思考和查找資料，和同事討論請(qǐng)教，不斷記錄數(shù)據(jù)和不斷改善設(shè)計(jì)，直至完善產(chǎn)品。

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