藍(lán)牙智能APP開(kāi)關(guān)的制作

楊剛

（湖南信息學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410151）

0　引言

本文主要介紹的是藍(lán)牙技術(shù)、觸摸開(kāi)關(guān)及HMI技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)狀態(tài)的控制。藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無(wú)線電技術(shù)，它具備抗干擾能力強(qiáng)、體積小便于集成、低功耗低成本等特點(diǎn)。電容式觸摸及接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)IC，通過(guò)檢測(cè)手指接近時(shí)，金屬電極與手指之間微小的電容變化，來(lái)檢測(cè)觸摸動(dòng)作，然后輸出信號(hào)。HMI（Human Machine Interface）即“人機(jī)接口”，也叫人機(jī)界面，是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行信息交換的媒介。使用者先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過(guò)PC機(jī)和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運(yùn)行。待HMI觸摸屏發(fā)布指令控制設(shè)備操作實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制。

1　藍(lán)牙控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藍(lán)牙控制系統(tǒng)由移動(dòng)終端、藍(lán)牙模塊、輸出負(fù)載三個(gè)部分組成。其中移動(dòng)終端是控制系統(tǒng)的控制端，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)發(fā)送指令。藍(lán)牙模塊作為被控制端，接受移動(dòng)終端發(fā)送的指令并將指令傳達(dá)給負(fù)載。而負(fù)載則是控制命令的狀態(tài)顯示，將終端發(fā)送出來(lái)的指令通過(guò)物理現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)。

1.1　移動(dòng)終端

本文采用的藍(lán)牙技術(shù)要求手機(jī)支持藍(lán)牙V2.1或以上版本。通過(guò)智能移動(dòng)上的智控APP的控制程序來(lái)控制開(kāi)關(guān)通斷電，其中智控APP和藍(lán)牙模塊通過(guò)相應(yīng)的藍(lán)牙通信控制協(xié)議發(fā)送相應(yīng)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)牙模塊的控制輸出，進(jìn)而聯(lián)系單片機(jī)控制三極管的通斷，從而達(dá)到對(duì)負(fù)載的通斷電控制。

1.2　藍(lán)牙模塊

本文采用的是BLE藍(lán)牙模塊，手機(jī)通過(guò)智控APP與其嘗試配對(duì)，讀取相關(guān)信息，將讀取到的信息發(fā)送相應(yīng)請(qǐng)求到服務(wù)器端，服務(wù)器端向手機(jī)發(fā)送請(qǐng)求指令，手機(jī)接受到指令，通過(guò)藍(lán)牙再把指令發(fā)送給藍(lán)牙模塊進(jìn)行控制輸出。

該藍(lán)牙模塊具有10個(gè)I/O口，A1-A10端口控制，輸出模式有高電平、低電平、自鎖、0.3等級(jí)點(diǎn)動(dòng)定時(shí)輸出。5V、GND分別為5V電源正負(fù)極（2組任選一組輸入）。INT為藍(lán)牙狀態(tài)指示口（連接上手機(jī)輸出高電平，為連接輸出低電平）。

圖1　控制面

圖2　模塊結(jié)構(gòu)

1.3　負(fù)載

開(kāi)關(guān)運(yùn)用繼電器的工作原理去控制電器的通斷電。當(dāng)單片機(jī)STC15W408ASI/O輸出電壓由+5V變?yōu)?V時(shí)，三極管由飽和變?yōu)榻刂?，繼電器線圈無(wú)電流流過(guò)，則繼電器斷開(kāi)。當(dāng)輸入為+VCC時(shí)，三極管飽和，繼電器線圈有電流流過(guò)，則繼電器吸合。而續(xù)流二極管D1防止線圈兩端產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢(shì)損壞三極管。故續(xù)流二極管D1的作用是將這個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行放電，使三極管集電極對(duì)地的電壓最高不超過(guò)5.7V，從而有效地控制負(fù)載電路的通斷。

圖3　負(fù)載

2　觸摸芯片

開(kāi)關(guān)采用的是單通道觸摸(UTouch01B)IC, 該IC是一款單通道單按鍵電容式觸摸及接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)，其用途是替代傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)。其采用CMOS工藝制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。

2.1　保持/同步模式

當(dāng)PIN腳TOG懸空時(shí)，默認(rèn)下拉為低電平，置同步模式。設(shè)置TOG=0，則為同步模式；當(dāng)TOG=1，則選擇保持模式。

2.2　輸出模式選擇

UTouch01B可設(shè)置多種輸出模式，當(dāng)PIN腳(AHLB)設(shè)置為低電平，則觸摸輸出響應(yīng)為高電平，反之則為低電平。

3　HMI技術(shù)

觸摸屏是連接人和機(jī)器的人機(jī)界面，簡(jiǎn)稱HMI。通過(guò)對(duì)觸摸屏的組態(tài)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)讀取溫度器件DS18B20傳來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)控并將其顯示出來(lái)。與此同時(shí)，HMI與單片機(jī)STC15W40AS構(gòu)成上位機(jī)與下位機(jī)的主從關(guān)系，在單片機(jī)中，需要編寫通信中斷服務(wù)程序，處理來(lái)自HMI的通信請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)后輸出高低電平，從而控制三極管的導(dǎo)通，進(jìn)而控制繼電器的通斷電。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)移動(dòng)智能終端APP及HMI技術(shù)對(duì)智能開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)和觸摸屏對(duì)開(kāi)關(guān)的控制。系統(tǒng)以智能終端為控制中心，觸摸屏為輔助控制，開(kāi)關(guān)作為外圍設(shè)備，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙與藍(lán)牙模塊的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP對(duì)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制功能，通過(guò)電路仿真及實(shí)物測(cè)試，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、成本低、低功耗且靈敏度高，可以滿足用戶的需求。