西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 蘇夢(mèng)夢(mèng) 張國(guó)恒 任有松 江憲長(zhǎng) 盧黃城 張語(yǔ)夏

基于單片機(jī)的藍(lán)牙無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 蘇夢(mèng)夢(mèng) 張國(guó)恒 任有松 江憲長(zhǎng) 盧黃城 張語(yǔ)夏

設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的藍(lán)牙無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)，通過(guò)環(huán)境中的溫度、濕度、煙霧等一系列的變化，該系統(tǒng)可以完成通過(guò)手機(jī)APP提示環(huán)境中的變化，物主可以通過(guò)手機(jī)APP的提醒，及時(shí)防備或采取應(yīng)急策略。通過(guò)對(duì)智能家居系統(tǒng)的總體構(gòu)造、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，使得智能家居系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的完成指定設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該智能家居系統(tǒng)能夠完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

智能；藍(lán)牙；傳感器；系統(tǒng)

0 引言

隨著智能手機(jī)的日益普及，基于智能手機(jī)開(kāi)發(fā)的藍(lán)牙技術(shù)是理想的無(wú)線自動(dòng)化的核心技術(shù)。越來(lái)越多的無(wú)線智能家居被應(yīng)用到各行各業(yè)?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)是建立藍(lán)牙無(wú)線通信來(lái)方便用戶控制智能家居設(shè)備和讀取家里如溫度、濕度等各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。用戶對(duì)家中各智能設(shè)備的控制信息通過(guò)手機(jī)軟件編輯成控制代碼后，由手機(jī)APP通過(guò)藍(lán)牙與智能家居控制終端建立連接完成對(duì)各家庭設(shè)備的控制和對(duì)各家庭參數(shù)的讀取和控制。

1 設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)功能

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)提供了包括了單片機(jī)核心控制模塊，藍(lán)牙串口通信模塊，OLED顯示屏模塊，繼電器模塊，Android手機(jī)APP，各種傳感器模塊等等。

2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

2.1 智能環(huán)境監(jiān)測(cè)

OLED顯示模塊負(fù)責(zé)顯示各類(lèi)數(shù)據(jù)，當(dāng)人在家不用手機(jī)APP軟件也可以即時(shí)看到各類(lèi)數(shù)據(jù)。通過(guò)各類(lèi)傳感器模塊的采集更加精準(zhǔn)的應(yīng)對(duì)環(huán)境變化以做出調(diào)整。

DHT11溫濕度采集模塊負(fù)責(zé)獲取環(huán)境的溫濕度度數(shù)據(jù)，當(dāng)你呆在自己的房間時(shí)，你不知道戶外的溫度，這時(shí)候單片機(jī)的藍(lán)牙無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)的溫濕度傳感器就會(huì)發(fā)揮作用，它可以顯示現(xiàn)在戶外的實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)這個(gè)準(zhǔn)確溫度你就來(lái)決定自己的穿著，就不會(huì)出現(xiàn)外出后才知道穿多或者穿少的尷尬情況。

土壤濕度采集模塊檢測(cè)植物的缺水程度并記錄上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給控制器（單片機(jī)），讓控制器決定給植物澆水的程度。

煙霧檢測(cè)模塊該傳感器主要是探測(cè)家中的燃?xì)庑孤┣闆r，一旦有燃?xì)庑孤?huì)通過(guò)無(wú)線發(fā)出報(bào)警并通知授權(quán)手機(jī)APP。

報(bào)警電路的主要功能是關(guān)閉用電器防止發(fā)生房間緊急情況。當(dāng)檢測(cè)到家中各種環(huán)境數(shù)據(jù)超標(biāo)，比如煙霧濃度過(guò)大時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)30S,通過(guò)判斷家庭是否有用戶聽(tīng)到實(shí)行控制，如果判斷的結(jié)果是家庭中無(wú)用戶聽(tīng)到，單片機(jī)通過(guò)控制手機(jī)給遠(yuǎn)端的用戶手機(jī)APP通知實(shí)際情況。

光線傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)境的光線強(qiáng)度，方便生活。

聲音傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)境的聲音，營(yíng)造一個(gè)安靜的家居環(huán)境。水位傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)水位高度，防止水箱的水位超標(biāo)。

火焰?zhèn)鞲衅饔糜跈z測(cè)家居的火災(zāi)情況，防止火災(zāi)，APP受到數(shù)據(jù)信息，可以及時(shí)去阻止處理，避免損失。

DS1302時(shí)鐘模塊可以顯示時(shí)間萬(wàn)年歷，手動(dòng)按鍵可以設(shè)置時(shí)間，同時(shí)通過(guò)手機(jī)APP軟件可以藍(lán)牙無(wú)線給時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)授時(shí)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年歷的精準(zhǔn)同步顯示。

2.2 手機(jī)終端a p p

通過(guò)用戶對(duì)手機(jī)進(jìn)行觸摸發(fā)出藍(lán)牙信號(hào)開(kāi)關(guān)指令，然后傳輸?shù)剿{(lán)牙模塊上，傳輸給單片機(jī)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)控制繼電器通斷相關(guān)家居的電路，手動(dòng)按鍵也可以手動(dòng)控制電器的開(kāi)關(guān)，同時(shí)反饋給手機(jī)app電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，雙向反饋的設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)多數(shù)開(kāi)關(guān)功能。手機(jī)APP還能給時(shí)鐘萬(wàn)年歷進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)校時(shí)。

2.3 人體紅外識(shí)別

通過(guò)檢測(cè)模塊檢測(cè)是否在家庭中出現(xiàn)可疑的人，如果有可疑人物出現(xiàn)時(shí)，手機(jī)APP將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。通過(guò)報(bào)警電路模塊負(fù)責(zé)向用戶反饋該app危險(xiǎn)信息，實(shí)現(xiàn)“軟硬結(jié)合”，更加智能地進(jìn)行控制以及智能遙控。

3 成品完成的過(guò)程流程

3.1 主機(jī)控制器（單片機(jī)）芯片的選擇

整個(gè)系統(tǒng)控制主芯片選擇C8051F020。該主芯片處理芯片與普通型單片機(jī)做比較，具有運(yùn)行速度快，程序簡(jiǎn)單，擴(kuò)展芯片少，連線比較簡(jiǎn)單，資源多，易于升級(jí)和后期維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并且也保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 元件在焊接時(shí)，應(yīng)注意的事項(xiàng)

在元器件焊接之前應(yīng)該先進(jìn)行元件的正負(fù)極的辨別，以防止焊接完成后正負(fù)極出問(wèn)題，造成時(shí)間和精力的浪費(fèi)。在焊接過(guò)程中特別注意焊錫的量要得當(dāng)，焊錫的量過(guò)多可能造成電路短路，焊錫的量過(guò)少有可能造成虛焊從而形成電路的斷路。

單片機(jī)的藍(lán)牙無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)做完以后，理論指導(dǎo)實(shí)踐最重要的一步就是調(diào)試。調(diào)試工作需要很好的耐心。所以在調(diào)試過(guò)程中必須保持冷靜和智慧，不能一味的悶頭死干，要好好的考慮一下下一步應(yīng)該如何去做。一個(gè)好的智能家居控制系統(tǒng)的調(diào)試需要軟硬件結(jié)合調(diào)試。

3.3 在軟硬件結(jié)合調(diào)試的過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題

（1）首先測(cè)量一下各點(diǎn)的電壓，由于每個(gè)模塊的電壓不一樣，如果不進(jìn)行測(cè)量，可能會(huì)造成主芯片和各個(gè)模塊的燒毀，可能會(huì)造成不可挽回的損失，經(jīng)過(guò)測(cè)量電壓后，在進(jìn)行安裝與調(diào)試；

（2）在手工焊接調(diào)試時(shí)還出現(xiàn)了忘記接上拉電阻造成系統(tǒng)顯示器工作不正常；（3）系統(tǒng)工作之前首先要對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行測(cè)試，保證藍(lán)牙模塊能夠?qū)崿F(xiàn)正常的指令收發(fā)功能。

4 系統(tǒng)特色

（1）“一機(jī)掌控”的高度統(tǒng)一化系統(tǒng)。

（2）操作簡(jiǎn)單，適用于任何人群。

（3）藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)公開(kāi)的近距離無(wú)線連接的技術(shù)規(guī)范，解決了系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)需重新布局布線的煩惱。

（4）該控制系統(tǒng)具有高度完善的性能，相對(duì)較高可靠性，相對(duì)較低成本，易于安裝、維護(hù)、擴(kuò)充等特點(diǎn)，便于各個(gè)用戶的使用和智能家居推廣。

5 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）在進(jìn)行系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)時(shí),系統(tǒng)分為不同的模塊，從而提高了系統(tǒng)電路的通用性

（2）由于該系統(tǒng)電路的無(wú)線通信技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí),遵循。模塊化的設(shè)計(jì)思想,不但考慮了各模塊功能的實(shí)現(xiàn),而且各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)性。。

（3）在該系被設(shè)計(jì)時(shí)，C語(yǔ)言被用于程序設(shè)計(jì)時(shí)，單片機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)被應(yīng)用于控制，系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙解決了家庭布線布局，并且軟硬件都采用了模塊化設(shè)計(jì)，從而使系統(tǒng)具有可移植性。

6 結(jié)論

設(shè)計(jì)的這種以單片機(jī)為核心的藍(lán)牙無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)，通過(guò)智能手機(jī)手機(jī)APP為控制系統(tǒng)的平臺(tái)，智能家居控制系統(tǒng)可以在手機(jī)APP上能夠看到溫濕度采集信息、土壤濕度采集模塊、煙霧檢測(cè)模塊、報(bào)警電路、光線傳感器、聲音傳感器、水位傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⑷梭w紅外傳感器采集的信息以及時(shí)鐘模塊的采集和校準(zhǔn)，該系統(tǒng)能夠達(dá)到協(xié)調(diào)、快速、準(zhǔn)確的完成指定設(shè)計(jì)要求。根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)，基于單片機(jī)的藍(lán)牙無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)能夠完成我們預(yù)期的目標(biāo)。

[1]朱剛,談?wù)褫x,周賢偉．藍(lán)牙技術(shù)原理與協(xié)議[M]．北京：北方交通大學(xué)出版社,清華大學(xué)出版社,2002：1．

[2]王海寧．基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究[J]．合肥工業(yè)大學(xué),2008：55-87．

[3]董杰．智能家居系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)[J]．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007(14)：276-277．

[4]李鋼．1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù),2005．

蘇夢(mèng)夢(mèng)（1995—），女，河南人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于西北民族大學(xué)。

張國(guó)恒，男，西北民族大學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師。

西北民族大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201710742059）。