劉希明

沈陽工學院

基于物聯(lián)網藍牙遙控技術的智能家居系統(tǒng)設計

劉希明

沈陽工學院

本文基于物聯(lián)網藍牙遙控以STC12C5A60S2單片機作為控制核心，藍牙模塊采用工業(yè)級HC-05藍牙模塊完成手機藍牙指令的接收和通信，通過手機藍牙APP操作界面完成操控指令的發(fā)送，單片機控制單元通過解析所接收到的藍牙指令，然后對相應的家電開關進行開啟和關閉的操作，LCD12864液晶顯示屏用來顯示4路家電開關的開關狀態(tài)，液晶顯示屏實時更新家電的開關狀態(tài)，以便設備出現(xiàn)故障的情況下判斷是控制部分出現(xiàn)故障還是家電部分故障，室內環(huán)境檢測主要檢測溫度、濕度和煙霧濃度三個環(huán)境參數(shù)，當室內環(huán)境參數(shù)超限時，系統(tǒng)會發(fā)出鳴笛報警提示功能。

本文主要是基于51單片機和2.0藍牙模塊來設計實現(xiàn)，系統(tǒng)硬件電路設計主要包括單片機主控電路設計，藍牙通信電路設計，液晶顯示電路設計，室內環(huán)境參數(shù)采集電路，家電開關輸出控制電路設計和電源處理電路等幾部分組成，其中單片機最小系統(tǒng)電路為系統(tǒng)的控制核心，完成控制信號的采集和控制信號的輸出控制，HC-05藍牙模塊負責藍牙指令的接收，然后和單片機控制電路之間通過串口通信電路完成數(shù)據的傳輸，家電開關的控制通過單片機控制4路繼電器的斷開和吸合來實現(xiàn)，繼電器開關采用高電平輸出使能，當單片機對應的端口輸出高電平即可完成對應繼電器開關的接通，相反對應端口輸出低電平，繼電器開關斷開。為了直觀的觀測繼電器開關的開啟和關閉，繼電器輸出端分別接4種不同顏色的LED燈進行模擬演示，室內環(huán)境參數(shù)檢測通過溫濕度傳感器模塊和煙霧傳感器模塊實現(xiàn)。

系統(tǒng)硬件電路設計主要包括單片機主控電路設計，藍牙通信電路設計，液晶顯示電路設計，室內環(huán)境參數(shù)采集電路，家電開關輸出控制電路設計和電源處理電路等幾部分組成，單片機最小系統(tǒng)控制電路主要有：STC12C5A60S2單片機、11.0592M晶振、復位電路三部分組成；藍牙串口通信模塊主要有：HC-05主從一體藍牙芯片、3.3VLDO穩(wěn)壓電路和信號指示燈電路組成；LCD液晶顯示電路主要有：LCD12864液晶、可調電位器組成，LCD12864中文液晶可以顯示4行32個中文漢字，可調電位器用來調節(jié)液晶對比度，電位器一般選4.7K-10K阻值范圍即可；室內環(huán)境參數(shù)采集電路主要有：溫度采集、濕度采集和煙霧采集3部分組成；智能家電的開啟和關閉采用繼電器控制實現(xiàn)，繼電器開關控制電路主要有：繼電器、輸出端子、信號控制端子以及脈沖泄放回路組成；系統(tǒng)電源處理電路主要有：5V穩(wěn)壓輸出電路和3.3V穩(wěn)壓輸出電路。

系統(tǒng)軟件編程采用C語言編程，編譯環(huán)境為KeilC51，下載工具采用STC-ISP下載軟件進行下載，對于單片機系統(tǒng)，傳統(tǒng)的編程方式缺點是頻繁的拔插器件容易損壞器件的引腳；如果頻繁的更換程序，必須重復拔插，大大降低了開發(fā)效率。ISP技術是未來發(fā)展的方向，其優(yōu)勢是無需編程器就可進行單片機程序的在線下載，免去調試時由于頻繁插入取出對器件造成的損壞和帶來的不便還可降低研發(fā)成本，縮短從設計、制造到現(xiàn)場調試的時間，簡化生產流程，大大提高工作效率。系統(tǒng)主程序主要完成單片機初始化、液晶顯示初始化、藍牙串口初始化以及環(huán)境監(jiān)測子程序、液晶顯示子程序的調用；環(huán)境參數(shù)采集子程序主要有溫度采集、濕度采集和煙霧采集三部分組成；藍牙串口通信主要是通過無線串口通信來完成，HC-05藍牙模塊和單片機之間通信協(xié)議的編寫，藍牙模塊和手機藍牙之間信號的傳輸和藍牙指令的接收解析等。

系統(tǒng)測試主要有硬件測試和軟件功能測試兩方面組成：系統(tǒng)硬件測試，實物焊接制作完畢，接通電源之前，先不要安插單片機和液晶顯示屏以及藍牙模塊等貴重器件，接通電源后觀測硬件實物上的電源信號指示燈是否正常點亮，然后用萬用表的電壓檔依次測量單片機、傳感器模塊、液晶顯示屏、HC-05藍牙模塊的底座電源和地之間的電壓是否正常，在確保系統(tǒng)各個模塊節(jié)點電壓正常無誤的情況下方可進行下一步的測試操作。系統(tǒng)軟件功能測試主要是把通過KeilC51編程軟件編譯通過的程序代碼下載到硬件實物中進行功能的驗證，系統(tǒng)功能測試包括環(huán)境檢測功能測試和藍牙遙控開關功能測試，環(huán)境檢測功能測試當系統(tǒng)預設環(huán)境參數(shù)報警上限范圍依次為溫度45攝氏度，濕度80%RH，煙霧濃度500PPM，當實時檢測到的環(huán)境參數(shù)超出預設值的時候，確認蜂鳴器鳴笛報警功能是否開啟；藍牙遙控家電開關功能測試首先打開手機安裝藍牙串口通信助手APP，搜索硬件設備上的藍牙設備，然后輸入正確的匹配密碼完成手機藍牙和硬件實物上藍牙串口模塊的匹配。

史秀男（通訊作者），1987年1月29日生，女，漢族，沈陽人，沈陽工學院講師，碩士。主要研究通信系統(tǒng)及下一代網絡。