基于藍牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

胡　號，付紹洋，閔　鋒（武漢工程大學(xué)智能機器人湖北省重點實驗室，湖北武漢　430074）

基于藍牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

胡號，付紹洋，閔鋒
（武漢工程大學(xué)智能機器人湖北省重點實驗室，湖北武漢430074）

摘要：提出基于藍牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。采用單片機模塊實現(xiàn)空調(diào)的紅外遙控，并在單片機模塊上增加藍牙模塊，實現(xiàn)與Android手機的通信，而Android手機作為主控界面，發(fā)送命令讓單片機模塊執(zhí)行，實現(xiàn)對空調(diào)的遙控。該系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)紅外遙控器，具有攜帶方便，控制距離遠，不受障礙物干擾等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：Android系統(tǒng)；藍牙；空調(diào)遙控；單片機

*武漢工程大學(xué)校長基金

0　引言

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)已成為生活中必不可少的家用電器。目前對于空調(diào)的控制大多是通過普通的紅外遙控器，僅僅能夠近距離手動控制空調(diào)，無法實現(xiàn)遠程控制，智能化程度不高。并且隨著家用電器的增多，遙控器的數(shù)目也是越來越多，使用時常?；煜?，人們也往往為找不到遙控器而苦惱。因此，一種隨身攜帶，使用方便，能夠控制多種電器的遙控器成為人們?nèi)粘Ｉ畹钠惹行枰?/p>

藍牙技術(shù)作為一項開放的全球統(tǒng)一的短距離無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在家電聯(lián)網(wǎng)上具有天然的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢體現(xiàn)在[1]：（1）藍牙提供方便快捷的無線連接，節(jié)省大量電纜；（2）藍牙設(shè)備功耗低，最大不過100 mW；（3）藍牙抗干擾能力強，保證各個家電之間互不干擾；（4）藍牙芯片的成本相對較低。

因此，本文提出基于藍牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。該系統(tǒng)采用單片機模塊實現(xiàn)空調(diào)的紅外遙控，并在單片機模塊上增加藍牙模塊，實現(xiàn)與Android手機的通信，而Android手機作為主控界面，發(fā)送命令讓單片機模塊執(zhí)行。這樣，用戶只需一部Android手機，便可實現(xiàn)對空調(diào)的控制，具有廣泛的市場應(yīng)用價值。

1　系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，包括以下三個模塊。

（1）手機終端控制模塊：分為藍牙搜索，藍牙命令匹配輸出和按鍵操作主界面三大子模塊。藍牙搜索負責(zé)搜索周邊藍牙設(shè)備并配對連接；藍牙命令匹配輸出負責(zé)將按鍵操作主界面的操作生成對應(yīng)的命令并發(fā)送給藍牙模塊；主界面是主要的操作界面，包括藍牙設(shè)備選擇，按鈕操作以及命令發(fā)送情況等。

（2）藍牙模塊：該模塊與單片機相連，負責(zé)被搜索鏈接和將從手機發(fā)送過來的命令轉(zhuǎn)發(fā)給單片機，是手機終端控制模塊與單片機模塊通信的橋梁[2]。

（3）單片機模塊：該模塊的功能是對藍牙模塊傳過來的命令做出響應(yīng)，將接收到的空調(diào)開關(guān)或調(diào)溫命令發(fā)送給紅外發(fā)射模塊，當(dāng)溫度進行調(diào)節(jié)時負責(zé)將調(diào)節(jié)后的溫度數(shù)字顯示在數(shù)碼管屏上。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

2　系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以單片機(STC89C52)為核心，與之相連的電路主要有以下七個部分：藍牙模塊電路、紅外發(fā)射電路、存儲電路、電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路和顯示電路。

如圖2所示，該硬件電路主要由發(fā)送、接收兩部分電路組成。由編號為J1的藍牙模塊接收到手機端的控制信息，發(fā)送給單片機進行處理，處理完后交給紅外發(fā)射模塊執(zhí)行。其中，S1、S2、S3、S4 是4個獨立式按鍵，分別控制空調(diào)開、關(guān)、加溫、減溫；S5是復(fù)位按鍵，復(fù)位的主要作用是把特殊功能寄存器的數(shù)據(jù)刷新為默認(rèn)數(shù)據(jù)，單片機在運算過程中由于干擾等外界原因造成寄存器中數(shù)據(jù)混亂不能使其正常繼續(xù)執(zhí)行程序（稱死機）或產(chǎn)生的結(jié)果不正確時均需要復(fù)位，以使程序重新開始運行；U3元器件是數(shù)碼顯示管，實時顯示調(diào)節(jié)的溫度；D1，D2是2個指示燈，綠燈亮起表示電路已經(jīng)通電，紅燈閃爍一次表示執(zhí)行了一次控制命令；D3是紅外發(fā)射頭，負責(zé)發(fā)射控制空調(diào)的紅外波[3]。下面主要介紹藍牙模塊電路和紅外發(fā)射電路。

圖2　硬件電路圖

（1）藍牙模塊電路

藍牙模塊采用的是HC-06模塊，它是主從一體化的藍牙串口模塊，主從可指令切換，指令豐富齊全，使用簡單[4-5]。其芯片引腳和實物圖如圖3所示。

圖3　HC-06模塊芯片引腳和實物圖

HC-06模塊只用排針引出了4個引腳，分別為VCC、TXD、RXD、GND，與單片機連接時只需將該模塊J1的TXD與單片機的P3.0（RXD）相連，RXD與單片機的P3.1 （TXD）相連，如圖4所示，單片機和藍牙模塊可以進行串口通信。

圖4　藍牙模塊與單片機連接圖

（2）紅外發(fā)射電路

紅外發(fā)射電路如圖5所示，由NE555集成電路和外圍電路構(gòu)成。NE555為8腳時基集成電路，屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率的脈沖訊號。其中，元件D3代表紅外發(fā)射頭，Q1是PNP晶體管。PNP晶體管的發(fā)射結(jié)要正偏，基區(qū)的電壓要比發(fā)射區(qū)的電壓要低，而集電極要使多數(shù)載流子空穴通過，集電區(qū)的電壓要比基區(qū)的要低。與單片機連接時只需將該模塊的引腳4與單片機的P3.4（T0）相連，發(fā)送單片機產(chǎn)生的指令。

2.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括單片機和手機端軟件設(shè)計。單片機軟件設(shè)計比較簡單，主要是將串口接收到的四個指令：空調(diào)開機，空調(diào)關(guān)機，加溫，減溫轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?yīng)的紅外發(fā)射按鍵碼。首先，單片機和手機端協(xié)議好0x01指令代表加溫，0x02指令代表減溫，0x03指令代表空調(diào)開機，0x04指令代表空調(diào)關(guān)機。然后，單片機根據(jù)串口接收到的指令產(chǎn)生相對應(yīng)的按鍵碼。最后，由紅外發(fā)射電路發(fā)射按鍵碼來控制空調(diào)動作。

手機端軟件設(shè)計借助于手機app—藍牙串口助手，在操作界面的按鈕點擊生成響應(yīng)的操作指令發(fā)送給藍牙串口模塊。其設(shè)置過程如圖6所示，首先如圖6(a)所示，搜索周邊藍牙設(shè)備，配對完成后，顯示連接成功；然后選擇操作模式，如圖6(b)所示，選擇鍵盤模式；接著設(shè)置按鈕功能，如圖6(c)所示，給按鈕取名和確定發(fā)送內(nèi)容，依次設(shè)置空調(diào)開機，空調(diào)關(guān)機，加溫，減溫四個按鈕，內(nèi)容分別為01、02、03、04；最后設(shè)置輸入輸出類型，如圖6(d)所示，選擇Hex類型。至此，手機端藍牙串口助手設(shè)置完成，通過點擊界面上的按鈕就可能通過手機控制空調(diào)的開、關(guān)、加溫、減溫操作。

圖5　紅外發(fā)射電路

3　系統(tǒng)調(diào)試和效果圖

系統(tǒng)要真正的運行起來，并達到預(yù)期的要求，調(diào)試是必不可少的。上電測試是調(diào)試的關(guān)鍵，應(yīng)該按照模塊測試的思想，分模塊測試系統(tǒng)。首先測試供電電源部分，看電源的提示燈是否點亮。然后測試系統(tǒng)的供電，上電后檢測有無器件發(fā)熱現(xiàn)象，若有應(yīng)立即斷電，若沒有，再進行個元件的檢測。之后再檢查單片機的各部分功能是否正常，復(fù)位鍵能否使用，是否達到復(fù)位效果。同時要檢查晶振是否起振。

本系統(tǒng)的調(diào)試過程中，最主要的困難在于紅外發(fā)射模塊的調(diào)試。發(fā)射時，原來的方案是使用定時器T0做38 kHz的載波，用定時器T1作為計數(shù)器使用來控制高低電平的脈寬。而在調(diào)試過程中，卻沒實現(xiàn)，總是不能產(chǎn)生調(diào)制信號。分析原因可能是定時器T0進入中斷過于頻繁，而定時器T1中斷優(yōu)先較低，使T1不能正常工作。隨后改成延時函數(shù)來控制高低電平的脈寬，才實現(xiàn)紅外調(diào)制。最終系統(tǒng)電路PCB圖如圖7所示，上電實物圖如圖8所示。

調(diào)試成功后，進行了測試，測試結(jié)果如下：

（1）遙控距離在10 m附近信號仍然較強，操作響應(yīng)和數(shù)據(jù)更新時間在1 s內(nèi)；

（2）可隔著墻壁或木板鐵板等其他障礙物進行遙控，操作響應(yīng)和數(shù)據(jù)更新時間在1 s內(nèi)，不受手機指向影響；

（3）在高于4.0不同版本的Android手機上均可正常運行。

圖6　手機端藍牙串口助手設(shè)置

4　總結(jié)

本系統(tǒng)通過Android手機實現(xiàn)對室里空調(diào)的遙控功能。該系統(tǒng)選用藍牙模塊進行無線通訊，充分發(fā)揮藍牙無線傳輸速度快，距離遠，不受障礙物干擾的優(yōu)點?？刂平K端安裝在手機上取代傳統(tǒng)的遙控器，省去找遙控器的麻煩。手機方便隨身攜帶，可隨時調(diào)節(jié)溫度，大大便捷了人們的生活，該技術(shù)在智能家居中具有很好的應(yīng)用前景。

圖7　系統(tǒng)電路PCB圖

圖8　系統(tǒng)上電實物圖

由于設(shè)計中沒有對空調(diào)進行任何改裝，所以單片機控制板只能放在空調(diào)外面，以后可以考慮將控制板安裝在空調(diào)內(nèi)部，不影響空調(diào)外部美觀。最新的藍牙4.0控制范圍最大可以超過100 m，而且速度、抗干擾能力、延時、安全性能等方面都有極大的提高，這將極大地促進智能空調(diào)，以至于智能家居的發(fā)展。

參考文獻：

［1］黃曉偉，梁杰申，朱鵬.藍牙模塊在家電遠程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.微計算機信息，2009，25（6）：8-10.

［2］馬鳴，張華.基于Android的藍牙遠程控制PC系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電腦知識與技術(shù)，2012，8（28）：6833-6836.

［3］孫克輝，葉正偉，賀少波.一種新型智能空調(diào)遙控器［J］.計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2012（8）：31-32.

［4］金純，許光辰，孫睿.藍牙技術(shù)［M］.北京：北京電子工業(yè)出版社，2011.

［5］錢志鴻，楊帆，周求湛.藍牙技術(shù)原理、開發(fā)與應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

(編輯：向飛)

The Design and Implementation of Air-Conditioning Remote Control Based on Bluetooth Technology

HU Hao，F(xiàn)U Shao-yang，MIN Feng
（Hubei Province Key Laboratory of Intelligent Robot，Wuhan Institute of Technology，Wuhan430073，China）

Abstract:This paper presents the design and implementation of air-conditioning remote control based on Bluetooth technology.A microcontroller module is used to implement the infrared remote control of air conditioning.The microcontroller module communicates with an Android phones by Bluetooth module attaching the microcontroller.The Android phone as the master interface achieves remote control for air-conditioning through sending commands to the microcontroller module.Relative to the traditional infrared remote control，the system has many advantages，such as easy to carry，control distance，interference from obstructions and so on.

Key words:Android system；Bluetooth；air-conditioning remote control；microcontroller

作者簡介：第一胡號，男，1988年生，湖北人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：模式識別，機器人。

收稿日期：2015－02－04

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.026

中圖分類號：TN919

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0095－04