胡越 周騰鶴 梁東升

摘 要：面對(duì)當(dāng)前普通燈功能過(guò)于簡(jiǎn)單、不便使用、缺乏個(gè)性的問(wèn)題，文中采用當(dāng)下流行的藍(lán)牙技術(shù)作為通信方式，并利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的控制管理，同時(shí)結(jié)合安卓平臺(tái)開(kāi)發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)手機(jī)客戶端，最終設(shè)計(jì)了基于藍(lán)牙的安卓平臺(tái)智能燈控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)LED燈的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)功能。

關(guān)鍵詞：智能燈；單片機(jī)；藍(lán)牙；安卓

中圖分類(lèi)號(hào)：TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）05-00-03

0 引 言

藍(lán)牙技術(shù)是當(dāng)前世界應(yīng)用最為廣泛的通用無(wú)線傳輸技術(shù)之一。它不僅具有安裝簡(jiǎn)單、通用性好、應(yīng)用靈活的特性，同時(shí)還可以集成到芯片上，使設(shè)備具有極高的便攜性。因此藍(lán)牙技術(shù)具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)潛力，可以廣泛應(yīng)用到移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域中。

憑借其開(kāi)放性的巨大優(yōu)勢(shì)，安卓平臺(tái)在設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)用中廣受歡迎。安卓平臺(tái)允許開(kāi)發(fā)者根據(jù)自己的喜好和應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出具有不同特色的實(shí)用軟件。同時(shí)，安卓平臺(tái)還能夠適配多種硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)于硬件開(kāi)發(fā)門(mén)檻要求低，極大地方便了用戶對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的開(kāi)發(fā)研究。此外，憑借其巨大的優(yōu)勢(shì)，安卓平臺(tái)在當(dāng)前開(kāi)發(fā)平臺(tái)領(lǐng)域中呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。因此在本設(shè)計(jì)中采用安卓平臺(tái)進(jìn)行本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

C51單片機(jī)具有其它平臺(tái)無(wú)可比擬的高時(shí)效性和強(qiáng)操控性。由于其具有集成度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以C51單片機(jī)實(shí)用性非常強(qiáng)。此外，C51單片機(jī)還具有價(jià)格低廉、體積小巧、高度產(chǎn)品化的特點(diǎn)，其應(yīng)用市場(chǎng)范圍非常廣闊，擁有無(wú)限的市場(chǎng)潛力。結(jié)合其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易智能燈具有遠(yuǎn)程控制燈的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)燈的亮度的功能。這些功能都將極大地提高用戶使用的便捷性，提高了用戶的快捷使用體驗(yàn)。

1 智能燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)包含兩個(gè)方面。其中，安卓App設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于要調(diào)用手機(jī)藍(lán)牙串口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。為了盡量減少不必要的功能按鈕，用兩個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)LED燈的遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)和亮度調(diào)節(jié)。其創(chuàng)新點(diǎn)是采用最少的按鍵（兩個(gè)）實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)硬件部分的難點(diǎn)是單片機(jī)對(duì)8個(gè)LED燈的開(kāi)關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)。其創(chuàng)新點(diǎn)是采用液晶顯示屏顯示當(dāng)前亮度的比例，方便使用者看到當(dāng)前亮度的強(qiáng)度。

1.1 系統(tǒng)方案

在本課題的設(shè)計(jì)方案中，分析本設(shè)計(jì)中的藍(lán)牙LED燈所要實(shí)現(xiàn)的功能要求，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件的需要作出其它方面的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)方案示意圖如圖1 所示。當(dāng)用戶使用該系統(tǒng)時(shí)，可以在安卓手機(jī)上對(duì)手持客戶端進(jìn)行操作，其命令指令通過(guò)藍(lán)牙功能與單片機(jī)系統(tǒng)中的藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信并傳輸指令，再通過(guò)單片機(jī)實(shí)時(shí)控制LED燈動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)控制。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)示意圖

1.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。當(dāng)用戶使用時(shí)，通過(guò)手持安卓客戶端對(duì)LED燈操作，發(fā)送有關(guān)命令指令，手持客戶端軟件根據(jù)用戶操作命令依照參考表生成對(duì)應(yīng)的狀態(tài)字?jǐn)?shù)據(jù)，以便單片機(jī)能夠讀取數(shù)據(jù)并能快速執(zhí)行命令。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 智能LED燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的智能LED燈的硬件設(shè)計(jì)部分主要由手持安卓客戶端和單片機(jī)控制設(shè)計(jì)兩部分組成。手持安卓客戶端部分實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)LED燈的遠(yuǎn)程操作控制，單片機(jī)控制設(shè)計(jì)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶指令的執(zhí)行。

手持安卓客戶端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。本著減小客戶端系統(tǒng)文件體積的大小，有效降低軟件編譯過(guò)程的復(fù)雜度，加快手持客戶端軟件在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行速度的目的。因此，在手持安卓客戶端的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中只包含硬件管理模塊和燈具控制功能模塊。

圖3 手持安卓客戶端的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用通用性極高的C52系列單片機(jī)芯片。圖4所示為最常用的STC89S52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)電路示意圖，其中包含著最基本的外接晶體振蕩電路和單片機(jī)復(fù)位電路。本系統(tǒng)為了增加趣味性，采用8顆彩色LED燈作為控制光源。此外，在本設(shè)計(jì)中采用6200芯片提供恒流電流，為L(zhǎng)ED燈提供驅(qū)動(dòng)電流，并且6200芯片還具備PWM調(diào)波控制功能，通過(guò)控制波特率實(shí)現(xiàn)LED燈的亮度調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的通信模塊采用常見(jiàn)的HC-06系列藍(lán)牙芯片，該芯片價(jià)格低廉，工作性能穩(wěn)定可靠。通過(guò)Protues仿真軟件對(duì)其進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)仿真，得到了如圖5所示的系統(tǒng)硬件電路。

圖4 STC89S52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)電路示意圖

結(jié)合Keil4單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件編寫(xiě)單片機(jī)執(zhí)行代碼，結(jié)合調(diào)整PWM的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的亮度調(diào)節(jié)，編寫(xiě)了本設(shè)計(jì)要求的LED調(diào)光調(diào)色程序。編寫(xiě)的代碼不僅支持8個(gè)LED燈實(shí)時(shí)的開(kāi)關(guān)控制，還能根據(jù)用戶命令實(shí)時(shí)調(diào)整8個(gè)LED燈的亮度大小。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)的功能主要包括遠(yuǎn)程控制LED燈的開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程控制LED燈的不同亮度調(diào)節(jié)等實(shí)用功能。在經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的校驗(yàn)調(diào)整測(cè)試后，本文設(shè)計(jì)的智能LED燈的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)基本能夠達(dá)到預(yù)先要求的設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)多次的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)本控制系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)控制能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、簡(jiǎn)易方便的特點(diǎn)。

3.1 實(shí)時(shí)控制能力強(qiáng)

本系統(tǒng)使用C51單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，采用藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理信息的能力。

3.2 穩(wěn)定性高

設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、安卓編程開(kāi)發(fā)技術(shù)、以單片機(jī)為核心的控制管理系統(tǒng)都是當(dāng)前流行的技術(shù)，都具有廣泛的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)和良好的資料來(lái)源。同時(shí)由于安卓本身具有的開(kāi)放性使得開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性相對(duì)較高，不易出現(xiàn)掉線、連不上的情況。

3.3 簡(jiǎn)易方便

本系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，避免了布置實(shí)體線路所產(chǎn)生的布局問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在一定范圍內(nèi)遠(yuǎn)程控制LED燈開(kāi)關(guān)的目的。在控制LED燈的手持安卓客戶端上采用交互體驗(yàn)相對(duì)較高的界面，可以達(dá)到控制LED燈亮滅、亮度調(diào)整以及其它多種組合的控制效果。而且整個(gè)操作控制相較于其它產(chǎn)品使用起來(lái)更加方便。手持安卓客戶端程序基于Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖6所示為手持客戶端藍(lán)牙連接單片機(jī)時(shí)的用戶界面，圖7所示為手持安卓客戶端控制單片機(jī)相關(guān)電路實(shí)現(xiàn)8個(gè)燈全亮的效果圖。

圖6 設(shè)計(jì)的安卓程序界面

圖7 實(shí)現(xiàn)效果圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能燈控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)及亮度調(diào)節(jié)，為提高人們的生活質(zhì)量，改善人們的使用體驗(yàn)提供了一定的實(shí)用意義。在保證低廉的成本、較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性、良好的實(shí)時(shí)控制性的前提下，該系統(tǒng)初步達(dá)到了一般人對(duì)普通燈具的基本控制要求，同時(shí)具備了簡(jiǎn)單易用、便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)。隨著安卓開(kāi)發(fā)技術(shù)和嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的大力推廣，以及相關(guān)技術(shù)不斷推新改革，相信本系統(tǒng)在今后的升級(jí)中能夠進(jìn)行更多的擴(kuò)展。通過(guò)藍(lán)牙模塊或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊與其它智能燈連接，組成智能燈控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，憑借IP分組技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)更多智能燈的智能控制，從而使人們的日常生活變得更加豐富多彩。

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