一個智能藍(lán)牙LED燈的開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計

王玉婷 張建鵬 邱勝海 袁浩棟 孫琦 趙煜

摘 要：傳統(tǒng)的家居控制存在手動控制慢，實(shí)時性差，無法遠(yuǎn)程控制的缺陷。文中描述了智能家居的發(fā)展情況，針對LED燈開關(guān)控制存在的不足，提出一種基于STC89C51RC單片機(jī)與LED燈開關(guān)控制電路的集成方案，利用Android及藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED燈的遠(yuǎn)程開關(guān)控制。實(shí)踐表明，該控制系統(tǒng)具有快速、方便及可靠的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能家居；LED ；STC89C51RC單片機(jī)；Android；藍(lán)牙

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）01-00-02

0 引 言

隨著科技的快速發(fā)展與人們生活水平的不斷提高，智能家居[1]的概念逐漸進(jìn)入公眾的視野，使得人們可以通過類似手機(jī)、平板等外部設(shè)備實(shí)時對家居進(jìn)行查看控制，營造了更加舒適便捷的生活環(huán)境。智能家居是社會信息化發(fā)展的重要組成部分和表現(xiàn)形式，引導(dǎo)著家居產(chǎn)業(yè)朝著智能化、綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。本系統(tǒng)是針對智能家居照明系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計。從節(jié)能環(huán)保角度考慮，選用能耗低，生命周期長，用料環(huán)保的LED燈具；對于信息的傳輸，采用藍(lán)牙——一種短距離的無線通訊技術(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令等的雙向傳輸；結(jié)合發(fā)展實(shí)際，為實(shí)現(xiàn)智能家居照明系統(tǒng)的內(nèi)部程序設(shè)計，選用操作簡單，成本相對較低且實(shí)用性強(qiáng)的C51單片機(jī)。這些應(yīng)用不僅能夠帶來更好的用戶體驗，而且能夠節(jié)約能源，降低成本，保護(hù)環(huán)境。

1 LED燈智能控制原理

本系統(tǒng)采用STC89C51RC單片機(jī)制作一個藍(lán)牙開關(guān)LED燈的系統(tǒng)[2]，通過藍(lán)牙通信模塊與Android智能手機(jī)相連接，再利用所開發(fā)的App控制三個LED燈的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對燈的智能開關(guān)控制，無需到固定的開關(guān)處進(jìn)行開燈及關(guān)燈的手工操作。智能手機(jī)可以同時控制三個LED燈，且這三盞燈的開關(guān)互不影響、相互獨(dú)立。其通信示意圖如圖1所示。

2 智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計

2.1 智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

硬件設(shè)計分為單片機(jī)選擇設(shè)計、藍(lán)牙模塊的選擇設(shè)計、其余元器件的選擇設(shè)計三部分。具體描述如下：

（1）單片機(jī)的選擇

選用STC89C51RC單片機(jī)，STC89C51RC是采用8051核的在系統(tǒng)可編程芯片（In System Programming，ISP），最高工作時鐘頻率為80 MHz。供電系統(tǒng)[3]采用集成式穩(wěn)壓模塊LM7805，該模塊具有成本低、轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)，適用于小項目的制作，穩(wěn)壓范圍為6～12 V，用此設(shè)計可以搭配六節(jié)干電池以及2 s/3 s的鋰電池模塊進(jìn)行供電，可移植性較強(qiáng)。如果需要外接5 V大功率用電器，可以采用LM2596S模塊。

（2）藍(lán)牙模塊的選擇

選用HC-06藍(lán)牙模塊，其工作電壓為3.3 V，無線接收發(fā)射頻率為2.4 GHz，體積為27 mm×13 mm×2 mm，模塊內(nèi)置8 M Flash，功能強(qiáng)大，用戶可定制軟件，適用于各種藍(lán)牙設(shè)備，藍(lán)牙模塊技術(shù)可參考文獻(xiàn)[4]。

（3）其余元件選擇

控制系統(tǒng)的元件包括10 μF電解電容、10 kΩ色環(huán)電阻、1 kΩ色環(huán)電阻、DIP40單片機(jī)插座、22 pF瓷片電容、11.0592 MHz晶振、7 cm×9 cm萬孔板、2.5 mm排針、自復(fù)位按鍵、DC 5 V的電源座、DC 5 V的USB電源線、LED電源指示燈、3個LED發(fā)光二極管、焊接跳線、4.7 kΩ排阻、杜邦線、導(dǎo)線、1 kΩ色環(huán)電阻、焊錫絲。

控制系統(tǒng)硬件電路如圖2所示，其中含有晶振模塊和復(fù)位模塊。復(fù)位模塊由4腳按鍵加1 μF的電解電容和10kΩ的上拉電阻組成，當(dāng)按下開關(guān)的瞬間，該模塊以一個較長的時間段給單片機(jī)復(fù)位管腳一個高電平，使單片機(jī)內(nèi)部程序重啟，防止程序跑飛，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。晶振模塊由11.0592MHz的晶體振蕩管和2個震蕩電容組成，電容的取值范圍一般為22 pF～30 pF，目的是給系統(tǒng)一個持續(xù)穩(wěn)定的時鐘頻率[5]。該模塊需要接單片機(jī)的特定管腳，如復(fù)位模塊需要接單片機(jī)的RST管腳，否則無用。此外，晶振電路需接特定的晶振管腳。

2.2 智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由單片機(jī)控制部分和Android系統(tǒng)的App組成。用戶可以通過Android系統(tǒng)的App對LED燈進(jìn)行無線控制，同時單片機(jī)控制部分執(zhí)行該指令[6]。控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

用戶打開Android手機(jī)程序界面，系統(tǒng)顯示如圖4所示。打開手機(jī)藍(lán)牙，連接到單片機(jī)藍(lán)牙模塊，通過手機(jī)界面控制LED燈的開關(guān)，完成控制系統(tǒng)的測試。該系統(tǒng)智能控制的實(shí)現(xiàn)通過C語言編程，在Keil C51環(huán)境下完成程序的編譯和調(diào)試，通過燒錄軟件將程序燒錄到單片機(jī)中。

3 結(jié) 語

基于Android的智能LED開關(guān)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、成本低、操作簡單的特點(diǎn)，給用戶帶來更便捷、舒適的生活體驗，大大豐富了人們的生活，提高了人們的生活質(zhì)量。目前系統(tǒng)處于可在一定范圍內(nèi)控制LED燈的階段，而對于遠(yuǎn)距離控制LED燈的開關(guān)，則尚未實(shí)現(xiàn)，還有待于進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

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[5]劉品，楊潤生，王永磊，等.基于DSP的藍(lán)牙無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J].移動通信，2009（20）：21-25.

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[8]張德喜，鄭琳.基于單片機(jī)的聲光開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電子測試，2016（4X）：17-18.