基于藍牙的安卓平臺智能燈控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

胡越 周騰鶴 梁東升

摘 要：面對當前普通燈功能過于簡單、不便使用、缺乏個性的問題，文中采用當下流行的藍牙技術(shù)作為通信方式，并利用單片機實現(xiàn)對LED燈的控制管理，同時結(jié)合安卓平臺開發(fā)技術(shù)設計手機客戶端，最終設計了基于藍牙的安卓平臺智能燈控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對LED燈的遠程開關控制和亮度調(diào)節(jié)功能。

關鍵詞：智能燈；單片機；藍牙；安卓

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）05-00-03

0 引 言

藍牙技術(shù)是當前世界應用最為廣泛的通用無線傳輸技術(shù)之一。它不僅具有安裝簡單、通用性好、應用靈活的特性，同時還可以集成到芯片上，使設備具有極高的便攜性。因此藍牙技術(shù)具有很強的市場競爭潛力，可以廣泛應用到移動設備領域中。

憑借其開放性的巨大優(yōu)勢，安卓平臺在設備開發(fā)應用中廣受歡迎。安卓平臺允許開發(fā)者根據(jù)自己的喜好和應用需求，設計出具有不同特色的實用軟件。同時，安卓平臺還能夠適配多種硬件開發(fā)平臺，對于硬件開發(fā)門檻要求低，極大地方便了用戶對其進行相關的開發(fā)研究。此外，憑借其巨大的優(yōu)勢，安卓平臺在當前開發(fā)平臺領域中呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。因此在本設計中采用安卓平臺進行本項目的設計開發(fā)。

C51單片機具有其它平臺無可比擬的高時效性和強操控性。由于其具有集成度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、操作簡單的特點，所以C51單片機實用性非常強。此外，C51單片機還具有價格低廉、體積小巧、高度產(chǎn)品化的特點，其應用市場范圍非常廣闊，擁有無限的市場潛力。結(jié)合其無可比擬的優(yōu)勢，本文設計的簡易智能燈具有遠程控制燈的開關和調(diào)節(jié)燈的亮度的功能。這些功能都將極大地提高用戶使用的便捷性，提高了用戶的快捷使用體驗。

1 智能燈控制系統(tǒng)設計

本設計的難點包含兩個方面。其中，安卓App設計的難點在于要調(diào)用手機藍牙串口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。為了盡量減少不必要的功能按鈕，用兩個按鍵實現(xiàn)LED燈的遠程控制開關和亮度調(diào)節(jié)。其創(chuàng)新點是采用最少的按鍵（兩個）實現(xiàn)了開關控制和亮度調(diào)節(jié)。本設計硬件部分的難點是單片機對8個LED燈的開關控制和亮度調(diào)節(jié)。其創(chuàng)新點是采用液晶顯示屏顯示當前亮度的比例，方便使用者看到當前亮度的強度。

1.1 系統(tǒng)方案

在本課題的設計方案中，分析本設計中的藍牙LED燈所要實現(xiàn)的功能要求，還應根據(jù)現(xiàn)實條件的需要作出其它方面的設計。系統(tǒng)方案示意圖如圖1 所示。當用戶使用該系統(tǒng)時，可以在安卓手機上對手持客戶端進行操作，其命令指令通過藍牙功能與單片機系統(tǒng)中的藍牙模塊進行通信并傳輸指令，再通過單片機實時控制LED燈動作，最終實現(xiàn)對LED燈的遠程開關控制和亮度調(diào)節(jié)控制。

圖1 系統(tǒng)方案設計示意圖

1.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。當用戶使用時，通過手持安卓客戶端對LED燈操作，發(fā)送有關命令指令，手持客戶端軟件根據(jù)用戶操作命令依照參考表生成對應的狀態(tài)字數(shù)據(jù)，以便單片機能夠讀取數(shù)據(jù)并能快速執(zhí)行命令。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 智能LED燈系統(tǒng)設計

本設計的智能LED燈的硬件設計部分主要由手持安卓客戶端和單片機控制設計兩部分組成。手持安卓客戶端部分實現(xiàn)用戶對LED燈的遠程操作控制，單片機控制設計部分實現(xiàn)對用戶指令的執(zhí)行。

手持安卓客戶端的系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。本著減小客戶端系統(tǒng)文件體積的大小，有效降低軟件編譯過程的復雜度，加快手持客戶端軟件在實際應用中運行速度的目的。因此，在手持安卓客戶端的設計結(jié)構(gòu)中只包含硬件管理模塊和燈具控制功能模塊。

圖3 手持安卓客戶端的設計結(jié)構(gòu)

本設計采用通用性極高的C52系列單片機芯片。圖4所示為最常用的STC89S52RC單片機最小系統(tǒng)電路示意圖，其中包含著最基本的外接晶體振蕩電路和單片機復位電路。本系統(tǒng)為了增加趣味性，采用8顆彩色LED燈作為控制光源。此外，在本設計中采用6200芯片提供恒流電流，為LED燈提供驅(qū)動電流，并且6200芯片還具備PWM調(diào)波控制功能，通過控制波特率實現(xiàn)LED燈的亮度調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)設計中的通信模塊采用常見的HC-06系列藍牙芯片，該芯片價格低廉，工作性能穩(wěn)定可靠。通過Protues仿真軟件對其進行硬件設計仿真，得到了如圖5所示的系統(tǒng)硬件電路。

圖4 STC89S52RC單片機最小系統(tǒng)電路示意圖

結(jié)合Keil4單片機開發(fā)軟件編寫單片機執(zhí)行代碼，結(jié)合調(diào)整PWM的占空比實現(xiàn)對LED燈的亮度調(diào)節(jié)，編寫了本設計要求的LED調(diào)光調(diào)色程序。編寫的代碼不僅支持8個LED燈實時的開關控制，還能根據(jù)用戶命令實時調(diào)整8個LED燈的亮度大小。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)最終實現(xiàn)的功能主要包括遠程控制LED燈的開關、遠程控制LED燈的不同亮度調(diào)節(jié)等實用功能。在經(jīng)過反復多次的校驗調(diào)整測試后，本文設計的智能LED燈的遠程控制系統(tǒng)基本能夠達到預先要求的設計目標。通過多次的實際現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)本控制系統(tǒng)具備實時控制能力強、穩(wěn)定性高、簡易方便的特點。

3.1 實時控制能力強

本系統(tǒng)使用C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制中心，采用藍牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，通過單片機實時處理數(shù)據(jù)，從而使得整個系統(tǒng)獲得現(xiàn)場實時處理信息的能力。

3.2 穩(wěn)定性高

設計本系統(tǒng)時應用的藍牙數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、安卓編程開發(fā)技術(shù)、以單片機為核心的控制管理系統(tǒng)都是當前流行的技術(shù)，都具有廣泛的開發(fā)基礎和良好的資料來源。同時由于安卓本身具有的開放性使得開發(fā)相對簡單，穩(wěn)定性相對較高，不易出現(xiàn)掉線、連不上的情況。

3.3 簡易方便

本系統(tǒng)通過藍牙技術(shù)進行數(shù)據(jù)連接，避免了布置實體線路所產(chǎn)生的布局問題，實現(xiàn)了在一定范圍內(nèi)遠程控制LED燈開關的目的。在控制LED燈的手持安卓客戶端上采用交互體驗相對較高的界面，可以達到控制LED燈亮滅、亮度調(diào)整以及其它多種組合的控制效果。而且整個操作控制相較于其它產(chǎn)品使用起來更加方便。手持安卓客戶端程序基于Eclipse開發(fā)環(huán)境。圖6所示為手持客戶端藍牙連接單片機時的用戶界面，圖7所示為手持安卓客戶端控制單片機相關電路實現(xiàn)8個燈全亮的效果圖。

圖6 設計的安卓程序界面

圖7 實現(xiàn)效果圖

4 結(jié) 語

本文設計的智能燈控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的實際需求實現(xiàn)對LED燈的遠程開關及亮度調(diào)節(jié)，為提高人們的生活質(zhì)量，改善人們的使用體驗提供了一定的實用意義。在保證低廉的成本、較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性、良好的實時控制性的前提下，該系統(tǒng)初步達到了一般人對普通燈具的基本控制要求，同時具備了簡單易用、便于攜帶的優(yōu)點。隨著安卓開發(fā)技術(shù)和嵌入式技術(shù)開發(fā)的大力推廣，以及相關技術(shù)不斷推新改革，相信本系統(tǒng)在今后的升級中能夠進行更多的擴展。通過藍牙模塊或者無線網(wǎng)絡模塊與其它智能燈連接，組成智能燈控制網(wǎng)絡系統(tǒng)，憑借IP分組技術(shù)，進一步實現(xiàn)對更多智能燈的智能控制，從而使人們的日常生活變得更加豐富多彩。

參考文獻

[1]王宜懷.單片機原理及其嵌入式應用教程[M].北京：北京希望電子出版社，2002

[2]陳小龍.新型8位單片機M68HC08[J].電子產(chǎn)品世界，2002（3）：60-61.

[3]陳軍，蕭蘊詩 ，岳繼光，等.一種基于M68HC08和DS1280 的溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].微型機與應用，2003，22（12）：19-21.

[4]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第三版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[5]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6]單成祥，牛彥文，張春.傳感器設計基礎[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[7]竇振中.單片機外圍部件實用手冊輸出通道器件分冊[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[8]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎簡明教程（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[9]閻石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[10]張一斌，余建坤.單片機原理課程設計[M].長沙：中南大學出版社，2009.

[11]萬隆，巴奉麗.單片機原理及應用技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2010.

[12]馬淑華，王鳳文，張美金.單片機原理與接口技術(shù)（第二版）[M].北京：北京郵電大學出版社，2007.

[13]陳威.基于單片機的電子密碼鎖的設計[D].杭州：浙江科技學院，2009.

[14]高炎萃，武一，都鑫，等.基于單片機的電機保護裝置設計[J].四川理工學院學報，2010，23（1）：102-104.