1、基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计1竞赛实训课程设计报告题 目: 基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计 系 别: 信息科学与电气工程学院 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 实践地点: 时 间: 2014 年 5 月 19 日至 2014 年 6 月 8 日 基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计2基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计1课 程 设 计 任 务 书题 目 基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计 学 院 信息科学与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 5 月 19 日至 6 月 8 日 共 3 周 指导教师(签字) 院 长(签字) 201
2、4 年 6 月 8 日基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计2一、设计内容及要求根据参赛的需要，综合运用单片机（含 ARM） 、模拟/数字电子技术、传感器、Protel 等相关知识，自拟题目，完成本次课程设计。全部题目要求经过老师的审定，并 以实物形式 调试完成，最后参加最终的课程设计作品答辩。12 人一组，鼓励单人单组。二、设计原始资料单片机原理及应用教程 范立南 2006 年 1 月单片机开发实验板、开发模块单片机综合实验台（箱） 、单片机实验指导书PC三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分1）方案论证报告打印版或手写版2）程序流程图3）具体程序代码 2图纸部分绘制所设计系统的具体
3、电路原理图3.其他资料提交所设计作品演示的视频文件以及相关作品的照片基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计3四、进程安排教学内容 学时 地点资料查阅与学习讨论 4 天 现代电子技术实验室分散设计 14 天 现代电子技术实验室编写报告 1.5 天 现代电子技术实验室成果验收 1.5 天 现代电子技术实验室五、主要参考资料电子设计自动化技术基础马建国、孟宪元编 清华大学出版 2004 年 4 月实用电子系统设计基础 姜威 2008 年 1 月单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真 张靖武 2007 年 4月基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计4目 录摘要 5一 系统功能及方案设计 11.设计背
4、景 12.系统功能 13.方案设计 24、作品特色 2二 各模块电路设计 31.单片机模块 32.蓝牙模块： 43.继电器模块 44.电源模块 65.电灯与风扇 7三 编写程序的前期准备 81、资料搜集 82、元器件购买 83、流程图 84、接线图 8四 程序编写 9五 课程设计总结 11六 致谢 12七 参考文献 13基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计5摘 要单片机：单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit） ， 常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个
5、芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统） 。和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括地讲：一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机在工业控制领域广泛应用。单片机由仅有 CPU 的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成到复杂的对体积要求严格的控制设备当中。智能家居是人类未来生活的发展方向，智能化的控制系统具有传统控制系统无可比拟的优越性。本课程设计拟从通过手机
6、蓝牙进行开关控制的角度来进行设计的，从而实现对电灯和风扇的分别控制与同时控制。主要从为什么想到无线开关、为什么选择蓝牙做无线开关、如何编制程序、如何开发板上进行调试、如何绘制原理图、如何在 220v 电压真实环境下的利用手机开关做实验，等角度经行阐述，从而确定整个设计的方案和调试步骤。基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计1一 系统功能及方案设计1.设计背景设想我们只要通过手机，就可以对生活中的各种电气设备，无论是大型的吊车还是小型的打印机等进行无线控制。在需要控制时，只要打开手机蓝牙，输入和该设备匹配的蓝牙密码，连接打开手机中的组态软件进行控制。我们还可以利用同样的办法对汽车报警上锁等进行控
7、制，下班时掏出手机按几个键，在回家前就打开空调，让舒适的室内温度迎接下班拐来的人们。也可以用同样的方式预热电热水器，到家就可以立即洗去一天的疲惫。不仅如此，还可以用手机提前给等在门口的朋友开门、提前打开家里电灯、远程浇花2.系统功能无线遥控开关不能是一个遥控器控制一盏灯，否则遥控器多了就会分不清楚，所以遥控器越少越好，最好是不用专门的遥控器。生活中有很多学习型遥控器，又称拷贝型遥控器，它具有学习功能，可以与学习型控制器自动对码，直接使用，不需要编码。学习型遥控器可以和其他遥控器一起使用。但即便如此也不方便，因此想到了利用手机做遥控器。手机能无线控制玩具小车的前进后退，转向等，说明手机无线控制电
8、灯的开关是可以实现的。但是有什么设备可以接收手机发出信号呢？手机打电话发短信的时候，两部手机间的信号是可以相互交换的。由此有一个想法，就是利用两部手机，一部手机里的振动马达接线引出来换成一个接触器，用另外一部手机打这手机一下电话，接触器就马上动作了，从而实现关灯或开灯。但是这想法并没有去动手论证，因为这样做法成本也比较高，装接触器的那部手机必须要每月交话费保持不停机。用两部手机的方法被否定了。又想到利用蓝牙做无线传输。利用蓝牙技术，可以无线控制电视、空调、电饭锅等等家用电器。目前有人用 HTC 手机蓝牙来代替电视和空调的遥控器。所以想到从蓝牙入手，做一个利用手机蓝牙来无线传输从而实现控制。那么
9、议利用手机的无线网络 wifi 来实现控制如何呢？wifi 比蓝牙传输距离更远，也更稳定，运用范围比较广。但是反复思考后，发现 wifi 有一个缺点：当手机已经接上了一个 wifi 网络时进行下载时，想要连接另外 wifi 网络进行关灯遥控就必须要先退出下载，这比较麻烦。如果利用蓝牙就不一样了，手机可以同时连接 wifi 和蓝牙。所以最终决定利用蓝牙。本系统是在单片机的基础上，通过手机蓝牙发送相应的指令来控制继电器的开通和闭合，继而控制电灯的开关和风扇的停转，既可以实现对电灯与风扇的分别控制又可以实现同时控制的设计。开关原理具体介绍：手机蓝牙给单片机信号，单片机接收到此信号，驱动继电器工作，继
10、电器吸和，与继电器连接的 220V 转 5V 的变压器工作，灯亮或风扇转。同理手机蓝牙给单片机发送关灯或关风扇信号后，继电器释放，电路断开，电灯关闭，风扇停转。避免了因忘记关灯或风扇造成的浪费问题，具有很强的实用价值。基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计23.方案设计本实验中用到的设备有：单片机开发仪 STC89C52RC，蓝牙模块 HC-06，两路继电器模块 SRD-05VDC-SL-C，电源模块 AC220V 变 DC5V，电灯，风扇，开关两个，杜邦线若干，导线若干等。设计说明：人们在日常生活中经常遇到以下情况，躺在床上看书或看电视时，书可以随手放在枕头边电视可以用手中的遥控器来开关，但
11、是电灯或者风扇如何方便的控制呢？现有的常见开关有如下缺点：（一）不方便；（二）不安全，有时为了方便开关进行私接电线这样很不安全。（三）控制地点少，最多只能实现两地控制。为了解决以上问题，在设计过程中想到了生活中无处不在的无线技术，如无线鼠标、无线耳机、无线路由器、无线遥控器、无线收音机等等，其实无线技术主要有调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术三种。其中蓝牙无线技术实际上是一种短距离无线通信技术。说得通俗一点，是蓝牙技术使现代一些易携带的移动通信设备和电脑设备不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等家电，组成一个巨大的无线
12、通信网络。红外无线技术是设备或者系统通过红外辐射传递数据的一种无线技术。调频无线技术也最早使用的无线电技术。只要利用这三种技术中的一种我们就可以实现无线控制电灯开关了。在大三学习了单片机知识的基础上，了解到很多设备的控制，主要是利用输出高低电平来实现的，就是在数电中所说的用二进制 0 和 1 来实现的。只要让手机发出一个信号，蓝牙模块 HC-06 接收手机发出的信号，马上输出一个和原来相反的电平，这样再带动一个继电器，就可以实现开和关的动作。基于手机蓝牙功能的电灯和风扇遥控系统实物图4、作品特色（1）我们的作品实现了在家庭中多地控制电灯和风扇的功能；有效的解决了增加开关的走线问题；（2）解决了
13、忘记关灯和风扇导致电量浪费问题。基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计3二 各模块电路设计1. 单片机模块(1)实物图（2）原理图a.VCC（ 40 引脚）：电源电压b.VSS（ 20 引脚）：接地c.P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口d.P2 端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。e.P3 端口（P3.0 P3.7，1017引脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。注：此处用到P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）f.RST（
14、9 引脚）：复位输入基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计4g. /VPP（ 31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号h.单片机的 TXD 连接蓝牙模块的 RXD。单片机的 RXD 连接蓝牙模块的 TXD.单片机的 VSS 为 5V 电压供电，GND 接地。P2.0 接继电器 Relay1 控制电灯，P2.1 接继电器 Relay2 控制风扇。2. 蓝牙模块：蓝牙通信模块我们采用的是移摩通讯的 HC-06 蓝牙模块，该蓝牙模块具有成本低、体积小、收发灵敏度高等优点。模块采用 Bluetooth2.1,遵循 V2.1+EDR 蓝牙规范，可以与安卓智能手机完美通信，可编程 I/O 口。供电电源为：
15、+5VDC 80mA。主要引脚如下：（1）ATUS：蓝牙状态输出，持续高电平表示数据链路已经连通。可以接单片机的 IO 口来查询蓝牙的状态。这个 STATUS 不是必须连接的。（2）VCC：电源接口，接 5V 必须连接。（3）GND：电源负极必须连接。（4）TXD：数据输出接口，需要连接单片机的数据输入接口，一般单片机IO 的名称为 RX 或者 RXD。（5）RXD：数据接收接口，需要连接单片机的数据发送接口，一般单片机IO 的名称为 TX 或者 TXD。3. 继电器模块实物图 (1)继电器为单刀双掷，一个 公共端、一个常开端、一个常闭端。（2）低电平吸合，高电平释放，吸合是指示灯亮，释放时指
16、示灯灭。（3）VCC 为系统电源，JD_VCC 为继基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计5电器电源。默认发 5V 继电器，插上跳线帽即可。（4）接线说明：VCC：系统电源正极GND：系统电源负极IN1-IN2:继电器控制端口基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计64. 电源模块AC220V 变 DC5V 降压模块：将家庭用电 220VAC 转为 5VDC 为单片机供电，模块由变压器、LM7805 三端稳压集成电路、滤波电路等构成。（1）实物图（2）原理图基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计75.电灯与风扇电灯与风扇接 220V 交流电，并通过继电器触点控制其接通或断开。基于手机蓝牙的智能电
17、灯与风扇控制的设计8三 编写程序的前期准备1、资料搜集在写程序之前，我们首先进行了资料收集。在网上我们查到了用蓝牙控制智能小车机器人的论坛。在论坛里我们了解到了蓝牙小车的详细情况如下：蓝牙小车有一块单片机控制 4 个接触器，单片机和手机是通过蓝牙从机模块进行信号交换的。不仅要编写一段单片机程序，还要编写一段串口程序。这只是解决了单片机（俗称下位机）的程序。至于上位机。电脑和手机上的软件程序也收集了几条，但是在运用 vb 或 c+软件导出的 EXE 文件都是无法运行的，最后只能下载现成的软件到电脑和手机里进行调试。2、元器件购买单片机开发板由指导老师提供，因此我们只需购买其它所需元件。我们在淘宝
18、上订了蓝牙模块 FBT-06，两路继电器模块 SRD-05VDC-SL-C，电灯，风扇，杜邦线等。继电器为单刀双掷，一个公共端、一个常开端、一个常闭端，最大输出为直流 30/10A、交流 250/10A。电源输出是 AC220V 变 DC5V。在使用时由于蓝牙模块出现问题，因此我们借用了实验室中的 HC-06。通过三个部分来完成这套无线控制开关。第一个是信号传输的蓝牙模块部分，第二个是进行下达指令的单片机部分、第三个是完成执行任务的继电器部分。3、流程图4、接线图根据上述的思路画出接线图，如下图所示。传输蓝牙模块 单片机 控制 继电器 控制 用电设备基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计9四
19、程序编写本程序编写为使用 C 语言进行编写。所实现的功能室在手机上发送字符串进行控制，CC 为电灯关，风扇停；DD 为电灯亮，风扇停；EE 为电灯灭，风扇转；FF 为电灯亮，风扇转。从而实现了对电灯与风扇的分别控制与同时控制。/* 实验名 : 智能电灯与风扇* 使用的 IO : P2* 实验效果 : 将接收到发送回电脑上面。* 注意 ：*/#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar flag,busy; uchar a;uchar receiveData; sbit Relay1=P20;
20、sbit Relay2=P21;void SendString(uchar *s);void SendData(uchar date);void UsartConfiguration();/* 函数名 : main* 函数功能 : 主函数* 输入 : 无* 输出 : 无*/void main()Relay1=1; /继电器 1 赋初值Relay2=1; /继电器 2 赋初值UsartConfiguration();SendString(“cdef“); / 发送字符串while(1)if(flag=1)基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计10SendData(a);flag=0;switch
21、(a)case 0xcc:Relay1=1;Relay2=1;break; /电灯灭，风扇停case 0xdd:Relay1=0;Relay2=1;break; /电灯亮，风扇停case 0xee:Relay1=1;Relay2=0;break; /电灯灭，风扇转case 0xff:Relay1=0;Relay2=0;break; /电灯亮，风扇转 /* 函数名 :UsartConfiguration()* 函数功能 :设置串口* 输入 : 无* 输出 : 无*/void UsartConfiguration()SCON=0X50; /设置为工作方式 1TMOD=0X20; /设置计数器工作方
22、式 2PCON=0X80; /波特率加倍TH1=0XF9; /计数器初始值设置，注意波特率是 9600 的TL1=0XF9;ES=1; /打开接收中断EA=1; /打开总中断TR1=1; /打开计数器void SendString(uchar *s)while(*s) /检测字符串结束标志SendData(*s+); /发送当前字符void SendData(uchar date) while (busy); /等待前面的数据发送完成busy=1;基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计10SBUF=date; /写数据到 UART 数据寄存器 /* 函数名 :Usart()* 函数功能 : 中
23、断函数* 输入 : 无* 输出 : 无*/ void Usart() interrupt 4TH1=0XF9; /计数器初始值设置，注意波特率是 9600 的TL1=0XF9;if (RI)RI = 0;/清除接收中断标志位a=SBUF;/将接收到的数据放入到发送寄存器flag=1;if (TI)TI = 0; /清除 TI 位busy = 0; /清忙标志基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计11五 课程设计总结通过本次的竞赛实训课程设计提高了我分析问题、解决问题的能力，提高了理论联系实际的能力，提高了动手能力，提高了团队协作能力。我的单片机应用水平迈上了一个新台阶。我认识到有很多技能如果不
24、去动手实践永远也不会掌握，只有在实践中学习，在学习中实践，才能更好的提升能力。在本次实训的过程中也遇到了不少问题和困难。刚开始时手机只能发出信号而蓝牙模块不能接收信号，还有通信与继电器动作不能很好的配合。通过分析问题的原因并不断调试程序，这些问题最终得到了解决。通过本次课程设计，我总结的经验是做课程设计一定要有耐心，有锲而不舍的钻研精神，有不怕吃苦的精神。在科学的道路上没有平坦的大道，只有沿着陡峭山路不畏艰险而勇于攀登的人才有希望达到光辉的顶点。我们小组做的智能电灯与风扇具有很强的实用性，也是未来智能家居的发展方向。随着生产力水平的不断提高，人们的生活方式也会发生深刻变革，智能家居必将走进千家
25、万户。本次课程设计我感到最大的收获是我的科学素养得到了很大提高，认识到解决实际问题最重要的是有思路，有了思路之后才能拿出解决方案并进行设计。对于同一类器件不同的型号具体的功能是不同的，选用适合的型号对于解决问题更重要。在本次课程设计中我们小组先后使用了 FBT-06 蓝牙模块和 HC-06 两种类型的型号。最后经过比较发现 HC-06 型号的蓝牙模块更好用，反应更灵敏。本次课程设计我们选用的是 2 路光耦继电器，本继电器优点是灵敏度高，安全系数高，可靠性高。继电器的类型有很多，选用合适的继电器对于顺利完成作品十分重要。我将在今后的学习生活中更加努力学习专业知识，不断实践。培养创新精神和钻研精神
26、，为将来成为国家和社会的栋梁之才打下坚实基础。基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计12六 致谢感谢王老师对我们的精心指导和热心帮助，感谢小组成员的支持与帮助。感谢山东交通学院为我们的课程设计提供的单片机开发板，感谢学校为我们提供的良好的学习环境。因为这些帮助与支持我们的课程设计最终得以顺利完成。基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计13七 参考文献【1】51 单片机 C 语言教程 郭天祥 电子工业出版社【2】单片机原理及应用教程 赵全利 机械工业出版社【3】胡斌主编.九大系统电路识图宝典 北京人民邮电出版社【4】穆克主编. 电子电路识读一本通 北京化学工业出版社【5】胡启明，程钢主.51 单片机应用开发从入门到精通 北京人民邮电出版社【6】电子设计自动化技术基础 马建国、孟宪元编 清华大学出版 【7】实用电子系统设计基础 姜威 【8】单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真 张靖武 基于手机蓝牙的智能电灯与风扇控制的设计14指导老师成绩 答辩小组成绩 总成绩
