胡　號(hào)，付紹洋，閔　鋒（武漢工程大學(xué)智能機(jī)器人湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢　430074）

基于藍(lán)牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

胡號(hào)，付紹洋，閔鋒
（武漢工程大學(xué)智能機(jī)器人湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074）

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

關(guān)鍵詞：Android系統(tǒng)；藍(lán)牙；空調(diào)遙控；單片機(jī)

*武漢工程大學(xué)校長(zhǎng)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(duì)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(dòng)控制空調(diào)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(lái)越多，使用時(shí)常常混淆，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(lán)牙技術(shù)作為一項(xiàng)開放的全球統(tǒng)一的短距離無(wú)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(shì)，這些優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在[1]：（1）藍(lán)牙提供方便快捷的無(wú)線連接，節(jié)省大量電纜；（2）藍(lán)牙設(shè)備功耗低，最大不過100 mW；（3）藍(lán)牙抗干擾能力強(qiáng)，保證各個(gè)家電之間互不干擾；（4）藍(lán)牙芯片的成本相對(duì)較低。

因此，本文提出基于藍(lán)牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)空調(diào)的紅外遙控，并在單片機(jī)模塊上增加藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)與Android手機(jī)的通信，而Android手機(jī)作為主控界面，發(fā)送命令讓單片機(jī)模塊執(zhí)行。這樣，用戶只需一部Android手機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)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(gè)模塊。

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

（2）藍(lán)牙模塊：該模塊與單片機(jī)相連，負(fù)責(zé)被搜索鏈接和將從手機(jī)發(fā)送過來(lái)的命令轉(zhuǎn)發(fā)給單片機(jī)，是手機(jī)終端控制模塊與單片機(jī)模塊通信的橋梁[2]。

（3）單片機(jī)模塊：該模塊的功能是對(duì)藍(lán)牙模塊傳過來(lái)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(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)負(fù)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(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以單片機(jī)(STC89C52)為核心，與之相連的電路主要有以下七個(gè)部分：藍(lán)牙模塊電路、紅外發(fā)射電路、存儲(chǔ)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(hào)為J1的藍(lán)牙模塊接收到手機(jī)端的控制信息，發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)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(gè)獨(dú)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(jī)在運(yùn)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(jī)）或產(chǎn)生的結(jié)果不正確時(shí)均需要復(fù)位，以使程序重新開始運(yùn)行；U3元器件是數(shù)碼顯示管，實(shí)時(shí)顯示調(diào)節(jié)的溫度；D1，D2是2個(gè)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(fù)責(zé)發(fā)射控制空調(diào)的紅外波[3]。下面主要介紹藍(lán)牙模塊電路和紅外發(fā)射電路。

圖2　硬件電路圖

（1）藍(lán)牙模塊電路

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

圖3　HC-06模塊芯片引腳和實(shí)物圖

HC-06模塊只用排針引出了4個(gè)引腳，分別為VCC、TXD、RXD、GND，與單片機(jī)連接時(shí)只需將該模塊J1的TXD與單片機(jī)的P3.0（RXD）相連，RXD與單片機(jī)的P3.1 （TXD）相連，如圖4所示，單片機(jī)和藍(lán)牙模塊可以進(jìn)行串口通信。

圖4　藍(lán)牙模塊與單片機(jī)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(shí)基集成電路，屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，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(hào)。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(jī)連接時(shí)只需將該模塊的引腳4與單片機(jī)的P3.4（T0）相連，發(fā)送單片機(jī)產(chǎn)生的指令。

2.2軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)和手機(jī)端軟件設(shè)計(jì)。單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，主要是將串口接收到的四個(gè)指令：空調(diào)開機(jī)，空調(diào)關(guān)機(jī)，加溫，減溫轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)應(yīng)的紅外發(fā)射按鍵碼。首先，單片機(jī)和手機(jī)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(jī)，0x04指令代表空調(diào)關(guān)機(jī)。然后，單片機(jī)根據(jù)串口接收到的指令產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的按鍵碼。最后，由紅外發(fā)射電路發(fā)射按鍵碼來(lái)控制空調(diào)動(dòng)作。

手機(jī)端軟件設(shè)計(jì)借助于手機(jī)app—藍(lán)牙串口助手，在操作界面的按鈕點(diǎn)擊生成響應(yīng)的操作指令發(fā)送給藍(lán)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(lán)牙設(shè)備，配對(duì)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(jī)，空調(diào)關(guān)機(jī)，加溫，減溫四個(gè)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(jī)端藍(lán)牙串口助手設(shè)置完成，通過點(diǎn)擊界面上的按鈕就可能通過手機(jī)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(yùn)行起來(lái)，并達(dá)到預(yù)期的要求，調(diào)試是必不可少的。上電測(cè)試是調(diào)試的關(guān)鍵，應(yīng)該按照模塊測(cè)試的思想，分模塊測(cè)試系統(tǒng)。首先測(cè)試供電電源部分，看電源的提示燈是否點(diǎn)亮。然后測(cè)試系統(tǒng)的供電，上電后檢測(cè)有無(wú)器件發(fā)熱現(xiàn)象，若有應(yīng)立即斷電，若沒有，再進(jìn)行個(gè)元件的檢測(cè)。之后再檢查單片機(jī)的各部分功能是否正常，復(fù)位鍵能否使用，是否達(dá)到復(fù)位效果。同時(shí)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(shí)，原來(lái)的方案是使用定時(shí)器T0做38 kHz的載波，用定時(shí)器T1作為計(jì)數(shù)器使用來(lái)控制高低電平的脈寬。而在調(diào)試過程中，卻沒實(shí)現(xiàn)，總是不能產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。分析原因可能是定時(shí)器T0進(jìn)入中斷過于頻繁，而定時(shí)器T1中斷優(yōu)先較低，使T1不能正常工作。隨后改成延時(shí)函數(shù)來(lái)控制高低電平的脈寬，才實(shí)現(xiàn)紅外調(diào)制。最終系統(tǒng)電路PCB圖如圖7所示，上電實(shí)物圖如圖8所示。

調(diào)試成功后，進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

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

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

（3）在高于4.0不同版本的Android手機(jī)上均可正常運(yùn)行。

圖6　手機(jī)端藍(lán)牙串口助手設(shè)置

4　總結(jié)

本系統(tǒng)通過Android手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)室里空調(diào)的遙控功能。該系統(tǒng)選用藍(lán)牙模塊進(jìn)行無(wú)線通訊，充分發(fā)揮藍(lán)牙無(wú)線傳輸速度快，距離遠(yuǎn)，不受障礙物干擾的優(yōu)點(diǎn)。控制終端安裝在手機(jī)上取代傳統(tǒng)的遙控器，省去找遙控器的麻煩。手機(jī)方便隨身攜帶，可隨時(shí)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(shí)物圖

由于設(shè)計(jì)中沒有對(duì)空調(diào)進(jìn)行任何改裝，所以單片機(jī)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(lán)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(shí)、安全性能等方面都有極大的提高，這將極大地促進(jìn)智能空調(diào)，以至于智能家居的發(fā)展。

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(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(jiǎn)介：第一胡號(hào)，男，1988年生，湖北人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：模式識(shí)別，機(jī)器人。

收稿日期：2015－02－04

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.026

中圖分類號(hào)：TN919

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 (2015 ) 08－0095－04