基于藍(lán)牙控制的智能臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐全林

摘 要：文章提出了一種基于藍(lán)牙控制技術(shù)的臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，可廣泛應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域。主要闡述了利用IAR15F2K60S2單片機(jī)和PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏傳感器、超聲波傳感器等傳感器件的控制過程和實(shí)現(xiàn)算法基本原理，并給出了PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)臺(tái)燈工作和手機(jī)藍(lán)牙終端對(duì)臺(tái)燈控制的原理和一般設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：傳感器智能家居；PWM；控制

Abstract： This paper presents a design method of table lamp system based on Bluetooth control technology， which can be widely used in the field of smart home. Mainly expounds the basic principle and implementation process of control algorithm of photosensitive sensor and ultrasonic sensor sensing devices using the IAR15F2K60S2 microcontroller and PWM technology， and gives the PWM signal to drive the lamp and mobile phone Bluetooth terminal to control the lamp principle and general design method.

Key words： The sensor； Smarthome； PWM control

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們不僅希望居住環(huán)境要舒適便捷，而且還要具有一定的智能性，即能夠讓家居用品擁有感應(yīng)、感知、通信和計(jì)算等功能，于是出現(xiàn)了智能家居的概念。實(shí)現(xiàn)智能家居的目的是為了對(duì)家居環(huán)境的智能化管理，改變?nèi)藗兊纳罘绞剑瑸橛脩籼峁┤诵曰椭悄芑木幼…h(huán)境。本系統(tǒng)對(duì)一種簡(jiǎn)單的家居用品——臺(tái)燈，進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，使其具有一定的感應(yīng)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信功能，可應(yīng)用到其他智能控制領(lǐng)域。其成本低廉，使用的模塊都能在市場(chǎng)上買到，實(shí)用性較強(qiáng)，貼近實(shí)際生活，易于開發(fā)和生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)功能描述

系統(tǒng)設(shè)置了兩種工作模式：自動(dòng)感應(yīng)模式、無線控制模式。

自動(dòng)感應(yīng)模式：當(dāng)人靠近臺(tái)燈時(shí)，臺(tái)燈進(jìn)入工作狀態(tài)，其是否工作取決于外界亮度，比如在夜晚極暗的情況下，臺(tái)燈達(dá)到最大亮度，在下午或黃昏時(shí)為中等亮度，在中午極亮的情況下，臺(tái)燈停止工作，即可實(shí)現(xiàn)由外界亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度；當(dāng)人體坐姿不對(duì)或離臺(tái)燈距離太近，臺(tái)燈會(huì)立刻發(fā)出警告聲，如果3S內(nèi)人體沒有糾正坐姿，臺(tái)燈將會(huì)自動(dòng)熄滅，若外界亮度大，臺(tái)燈已經(jīng)熄滅，則系統(tǒng)只發(fā)聲警告，以達(dá)到警告用戶糾正坐姿的目的。

無線控制模式：當(dāng)人靠近臺(tái)燈時(shí)，臺(tái)燈默認(rèn)在自動(dòng)感應(yīng)模式工作，此時(shí)由手機(jī)終端發(fā)送一個(gè)命令，使其轉(zhuǎn)換成無線控制模式，此時(shí)系統(tǒng)的工作狀態(tài)完全由終端APP控制。通過該APP可以改變?nèi)我馀_(tái)燈亮度，不在受外界亮度控制，此時(shí)仍能夠糾正坐姿。當(dāng)想要轉(zhuǎn)到自動(dòng)感應(yīng)模式時(shí)，再發(fā)一次命令即可。

當(dāng)人離開臺(tái)燈時(shí)，臺(tái)燈系統(tǒng)將延時(shí)工作1分鐘，然后停止工作，此時(shí)以上兩種工作模式均無效。

2 主要器件和基本理論

（1）IAR15F60S2單片機(jī)：該芯片是宏晶公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘（1T）的單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)在線仿真，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8-12倍。采用內(nèi)部R/C振蕩器，頻率可調(diào)，省去了外接晶振電路；有8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，在實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)采樣時(shí)，不用外接A/D轉(zhuǎn)換芯片；3組串口通信端口，有利于本系統(tǒng)中的多路串口通信和波特率發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)；內(nèi)部集成2K的R0M，60K的RAM，存儲(chǔ)代碼量大，處理速度快。

（2）Bluetoot接收模塊：用于接收信號(hào)的藍(lán)牙從機(jī)，藍(lán)牙主機(jī)則是手機(jī)終端，執(zhí)行藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置2.4GHz天線能夠自動(dòng)搜索附近藍(lán)牙設(shè)備，可通過手機(jī)與之配對(duì)；數(shù)據(jù)傳輸速度默認(rèn)為9600b/s，可通過AT指令修改。

（3）超聲波傳感器：模塊精度高，主要用于距離檢測(cè)，只需控制口發(fā)一個(gè)10US以上的高電平， 傳感器就會(huì)發(fā)出一段超聲波，遇到障礙物自動(dòng)返回到接收端。

（4）人體熱釋電傳感器：是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，主要用于檢測(cè)臺(tái)燈旁是否有人體活動(dòng)。工作原理是當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，延時(shí)一段時(shí)間后，返回低電平，否則一直輸出低電平信號(hào)。

（5）光敏傳感器：可以檢測(cè)周圍環(huán)境的光亮強(qiáng)度，將亮度轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，當(dāng)與IAR15F60S2單片機(jī)相連，可采用單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換功能，把模擬量轉(zhuǎn)換成精準(zhǔn)的數(shù)字量。

（6）本系統(tǒng)運(yùn)用到了基本知識(shí)和理論主要包括5個(gè)部分：藍(lán)牙串口協(xié)議、PWM脈沖調(diào)制、A/D轉(zhuǎn)換、聲波測(cè)距、中斷控制。具體來說是通過人體熱釋電傳感器來感應(yīng)人體是否靠近臺(tái)燈，如果靠近臺(tái)燈后則觸發(fā)中斷，開啟整個(gè)系統(tǒng)，而后由光敏傳感器將外界光亮強(qiáng)度采集到后轉(zhuǎn)換成模擬量，通過單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，用精準(zhǔn)的數(shù)字量去控制臺(tái)燈的亮度。再給超聲波傳感器一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使之發(fā)出超聲波信號(hào)從而計(jì)算出人體離臺(tái)燈的距離，當(dāng)小于規(guī)定數(shù)值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，在短時(shí)間人體仍未離開則臺(tái)燈停止工作，當(dāng)人體距離臺(tái)燈大于規(guī)定數(shù)值時(shí)，臺(tái)燈啟動(dòng)工作。實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙控制是基于單片機(jī)的多路串口通信，將藍(lán)牙模塊的RXD（接收）、TXD（發(fā)送）端口與單片機(jī)的TXD、RXD端口交叉相連，通過串口協(xié)議，即波特率，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的協(xié)議對(duì)接，從而達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，通過手機(jī)APP發(fā)出命令，單片機(jī)收到命令后，向手機(jī)終端響應(yīng)，控制臺(tái)燈工作。如下圖所示：

手機(jī)和單片機(jī)以藍(lán)牙模塊為載體組成一個(gè)相互接收和發(fā)送的系統(tǒng)，單片機(jī)和臺(tái)燈組成一個(gè)單向傳輸系統(tǒng)。從而通過Bluetooth技術(shù)間接的將臺(tái)燈與手機(jī)相連，利用手機(jī) APP實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈與用戶的互動(dòng)，通過手機(jī)控制臺(tái)燈的工作狀態(tài)。當(dāng)人體離開時(shí)，超聲波檢測(cè)到的距離超過2米時(shí)，說明人體已經(jīng)不再臺(tái)燈附近活動(dòng)，則使臺(tái)燈停止工作，當(dāng)人體再次靠近臺(tái)燈時(shí)，人體熱釋電傳感器再次觸發(fā)中斷，啟動(dòng)工作。