楊剛

（湖南信息學(xué)院，湖南長沙，410151）

0　引言

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

1　藍牙控制系統(tǒng)設(shè)計

藍牙控制系統(tǒng)由移動終端、藍牙模塊、輸出負載三個部分組成。其中移動終端是控制系統(tǒng)的控制端，是整個系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)發(fā)送指令。藍牙模塊作為被控制端，接受移動終端發(fā)送的指令并將指令傳達給負載。而負載則是控制命令的狀態(tài)顯示，將終端發(fā)送出來的指令通過物理現(xiàn)象表現(xiàn)出來。

1.1　移動終端

本文采用的藍牙技術(shù)要求手機支持藍牙V2.1或以上版本。通過智能移動上的智控APP的控制程序來控制開關(guān)通斷電，其中智控APP和藍牙模塊通過相應(yīng)的藍牙通信控制協(xié)議發(fā)送相應(yīng)指令來實現(xiàn)對藍牙模塊的控制輸出，進而聯(lián)系單片機控制三極管的通斷，從而達到對負載的通斷電控制。

1.2　藍牙模塊

本文采用的是BLE藍牙模塊，手機通過智控APP與其嘗試配對，讀取相關(guān)信息，將讀取到的信息發(fā)送相應(yīng)請求到服務(wù)器端，服務(wù)器端向手機發(fā)送請求指令，手機接受到指令，通過藍牙再把指令發(fā)送給藍牙模塊進行控制輸出。

該藍牙模塊具有10個I/O口，A1-A10端口控制，輸出模式有高電平、低電平、自鎖、0.3等級點動定時輸出。5V、GND分別為5V電源正負極（2組任選一組輸入）。INT為藍牙狀態(tài)指示口（連接上手機輸出高電平，為連接輸出低電平）。

圖1　控制面

圖2　模塊結(jié)構(gòu)

1.3　負載

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

圖3　負載

2　觸摸芯片

開關(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)開關(guān)，其用途是替代傳統(tǒng)的開關(guān)。其采用CMOS工藝制造，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定。

2.1　保持/同步模式

當(dāng)PIN腳TOG懸空時，默認下拉為低電平，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器的人機界面，簡稱HMI。通過對觸摸屏的組態(tài)設(shè)計，實時讀取溫度器件DS18B20傳來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度的監(jiān)控并將其顯示出來。與此同時，HMI與單片機STC15W40AS構(gòu)成上位機與下位機的主從關(guān)系，在單片機中，需要編寫通信中斷服務(wù)程序，處理來自HMI的通信請求，單片機響應(yīng)后輸出高低電平，從而控制三極管的導(dǎo)通，進而控制繼電器的通斷電。

4　結(jié)束語

本文通過移動智能終端APP及HMI技術(shù)對智能開關(guān)的設(shè)計，實現(xiàn)了手機和觸摸屏對開關(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，開關(guān)作為外圍設(shè)備，通過手機藍牙與藍牙模塊的通信協(xié)議，實現(xiàn)了手機APP對開關(guān)的自動控制功能，通過電路仿真及實物測試，該系統(tǒng)操作簡單、成本低、低功耗且靈敏度高，可以滿足用戶的需求。