一個(gè)智能藍(lán)牙LED燈的開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引 言

隨著科技的快速發(fā)展與人們生活水平的不斷提高，智能家居[1]的概念逐漸進(jìn)入公眾的視野，使得人們可以通過類似手機(jī)、平板等外部設(shè)備實(shí)時(shí)對(duì)家居進(jìn)行查看控制，營(yíng)造了更加舒適便捷的生活環(huán)境。智能家居是社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分和表現(xiàn)形式，引導(dǎo)著家居產(chǎn)業(yè)朝著智能化、綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。本系統(tǒng)是針對(duì)智能家居照明系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。從節(jié)能環(huán)保角度考慮，選用能耗低，生命周期長(zhǎng)，用料環(huán)保的LED 燈具；對(duì)于信息的傳輸，采用藍(lán)牙一種短距離的無(wú)線通訊技術(shù)，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令等的雙向傳輸；結(jié)合發(fā)展實(shí)際，為實(shí)現(xiàn)智能家居照明系統(tǒng)的內(nèi)部程序設(shè)計(jì)，選用操作簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低且實(shí)用性強(qiáng)的C51單片機(jī)。這些應(yīng)用不僅能夠帶來(lái)更好的用戶體驗(yàn)，而且能夠節(jié)約能源， 降低成本，保護(hù)環(huán)境。

1 LED燈智能控制原理

本系統(tǒng)采用STC89C51RC 單片機(jī)制作一個(gè)藍(lán)牙開關(guān)LED 燈的系統(tǒng)[2]，通過藍(lán)牙通信模塊與Android 智能手機(jī)相連接， 再利用所開發(fā)的App 控制三個(gè)LED 燈的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的智能開關(guān)控制，無(wú)需到固定的開關(guān)處進(jìn)行開燈及關(guān)燈的手工操作。智能手機(jī)可以同時(shí)控制三個(gè)LED 燈，且這三盞燈的開關(guān)互不影響、相互獨(dú)立。其通信示意圖如圖 1 所示。

2 智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

2.1 智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)分為單片機(jī)選擇設(shè)計(jì)、藍(lán)牙模塊的選擇設(shè)計(jì)、其余元器件的選擇設(shè)計(jì)三部分。具體描述如下：

(1) 單片機(jī)的選擇

選用 STC89C51RC 單片機(jī)，STC89C51RC 是采用 8051核的在系統(tǒng)可編程芯片（In System Programming，ISP），最高工作時(shí)鐘頻率為 80 MHz。供電系統(tǒng) [3] 采用集成式穩(wěn)壓模塊LM7805，該模塊具有成本低、轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)，適用于小項(xiàng)目的制作，穩(wěn)壓范圍為 6 ～12 V，用此設(shè)計(jì)可以搭配六節(jié)干電池以及 2 s/3 s 的鋰電池模塊進(jìn)行供電，可移植性較強(qiáng)。如果需要外接 5 V 大功率用電器，可以采用LM2596S 模塊。

(2) 藍(lán)牙模塊的選擇

選用HC-06 藍(lán)牙模塊，其工作電壓為 3.3 V，無(wú)線接收發(fā)射頻率為 2.4 GHz，體積為 27 mm 13 mm 2 mm，模塊內(nèi)置 8 M Flash，功能強(qiáng)大，用戶可定制軟件，適用于各種藍(lán)牙設(shè)備，藍(lán)牙模塊技術(shù)可參考文獻(xiàn) [4]。

(3) 其余元件選擇

控制系統(tǒng)的元件包括 10 μF 電解電容、10 kΩ 色環(huán)電阻、1 kΩ 色環(huán)電阻、DIP40 單片機(jī)插座、22 pF 瓷片電容、11.059 2 MHz 晶振、7 cm9 cm 萬(wàn)孔板、2.5 mm 排針、自復(fù)位按鍵、DC 5 V 的電源座、DC 5 V 的USB 電源線、LED 電源指示燈、3 個(gè) LED 發(fā)光二極管、焊接跳線、4.7 kΩ 排阻、杜邦線、導(dǎo)線、1 kΩ 色環(huán)電阻、焊錫絲。

控制系統(tǒng)硬件電路如圖 2所示，其中含有晶振模塊和復(fù)位模塊。復(fù)位模塊由 4腳按鍵加 1μF的電解電容和 10kΩ 的上拉電阻組成，當(dāng)按下開關(guān)的瞬間，該模塊以一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段給單片機(jī)復(fù)位管腳一個(gè)高電平，使單片機(jī)內(nèi)部程序重啟， 防止程序跑飛， 保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。晶振模塊由11.0592MHz的晶體振蕩管和 2個(gè)震蕩電容組成，電容的取值范圍一般為 22 pF ～30 pF，目的是給系統(tǒng)一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率 [5]。該模塊需要接單片機(jī)的特定管腳，如復(fù)位模塊需要接單片機(jī)的RST 管腳，否則無(wú)用。此外，晶振電路需接特定的晶振管腳。

2.2 智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由單片機(jī)控制部分和 Android 系統(tǒng)的App 組成。用戶可以通過Android 系統(tǒng)的App 對(duì)LED 燈進(jìn)行無(wú)線控制，同時(shí)單片機(jī)控制部分執(zhí)行該指令[6]?？刂葡到y(tǒng)流程如圖 3 所示。

用戶打開Android 手機(jī)程序界面，系統(tǒng)顯示如圖 4 所示。打開手機(jī)藍(lán)牙，連接到單片機(jī)藍(lán)牙模塊，通過手機(jī)界面控制LED 燈的開關(guān)，完成控制系統(tǒng)的測(cè) 試。該系統(tǒng)智能控制的實(shí)現(xiàn)通過 C 語(yǔ)言編程，在 Keil C51 環(huán)境下完成 程序的編譯和調(diào)試，通過燒錄軟件 將程序燒錄到單片機(jī)中。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于 Android 的智能 LED 開關(guān)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性 好、成本低、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，給用戶帶來(lái)更便捷、舒適的生 活體驗(yàn)，大大豐富了人們的生活，提高了人們的生活質(zhì)量。目 前系統(tǒng)處于可在一定范圍內(nèi)控制 LED 燈的階段，而對(duì)于遠(yuǎn)距 離控制 LED 燈的開關(guān)，則尚未實(shí)現(xiàn)，還有待于進(jìn)一步的研究。