基于蓝牙技术的空调遥控系统的设计与实现*

胡　号，付绍洋，闵　锋（武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室，湖北武汉　430074）

基于蓝牙技术的空调遥控系统的设计与实现*

胡号，付绍洋，闵锋
（武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室，湖北武汉430074）

摘要：提出基于蓝牙技术的空调遥控系统的设计与实现。采用单片机模块实现空调的红外遥控，并在单片机模块上增加蓝牙模块，实现与Android手机的通信，而Android手机作为主控界面，发送命令让单片机模块执行，实现对空调的遥控。该系统相对于传统红外遥控器，具有携带方便，控制距离远，不受障碍物干扰等优点。

关键词：Android系统；蓝牙；空调遥控；单片机

*武汉工程大学校长基金

0　引言

随着人们生活水平的提高，空调已成为生活中必不可少的家用电器。目前对于空调的控制大多是通过普通的红外遥控器，仅仅能够近距离手动控制空调，无法实现远程控制，智能化程度不高。并且随着家用电器的增多，遥控器的数目也是越来越多，使用时常常混淆，人们也往往为找不到遥控器而苦恼。因此，一种随身携带，使用方便，能够控制多种电器的遥控器成为人们日常生活的迫切需要。

蓝牙技术作为一项开放的全球统一的短距离无线通信协议标准，在家电联网上具有天然的优势，这些优势体现在[1]：（1）蓝牙提供方便快捷的无线连接，节省大量电缆；（2）蓝牙设备功耗低，最大不过100 mW；（3）蓝牙抗干扰能力强，保证各个家电之间互不干扰；（4）蓝牙芯片的成本相对较低。

因此，本文提出基于蓝牙技术的空调遥控系统的设计与实现。该系统采用单片机模块实现空调的红外遥控，并在单片机模块上增加蓝牙模块，实现与Android手机的通信，而Android手机作为主控界面，发送命令让单片机模块执行。这样，用户只需一部Android手机，便可实现对空调的控制，具有广泛的市场应用价值。

1　系统总体框图

系统的总体框图如图1所示，包括以下三个模块。

（1）手机终端控制模块：分为蓝牙搜索，蓝牙命令匹配输出和按键操作主界面三大子模块。蓝牙搜索负责搜索周边蓝牙设备并配对连接；蓝牙命令匹配输出负责将按键操作主界面的操作生成对应的命令并发送给蓝牙模块；主界面是主要的操作界面，包括蓝牙设备选择，按钮操作以及命令发送情况等。

（2）蓝牙模块：该模块与单片机相连，负责被搜索链接和将从手机发送过来的命令转发给单片机，是手机终端控制模块与单片机模块通信的桥梁[2]。

（3）单片机模块：该模块的功能是对蓝牙模块传过来的命令做出响应，将接收到的空调开关或调温命令发送给红外发射模块，当温度进行调节时负责将调节后的温度数字显示在数码管屏上。

图1　系统总体框图

2　系统设计与实现

2.1硬件电路设计

本系统硬件结构以单片机(STC89C52)为核心，与之相连的电路主要有以下七个部分：蓝牙模块电路、红外发射电路、存储电路、电源电路、复位电路、按键电路和显示电路。

如图2所示，该硬件电路主要由发送、接收两部分电路组成。由编号为J1的蓝牙模块接收到手机端的控制信息，发送给单片机进行处理，处理完后交给红外发射模块执行。其中，S1、S2、S3、S4 是4个独立式按键，分别控制空调开、关、加温、减温；S5是复位按键，复位的主要作用是把特殊功能寄存器的数据刷新为默认数据，单片机在运算过程中由于干扰等外界原因造成寄存器中数据混乱不能使其正常继续执行程序（称死机）或产生的结果不正确时均需要复位，以使程序重新开始运行；U3元器件是数码显示管，实时显示调节的温度；D1，D2是2个指示灯，绿灯亮起表示电路已经通电，红灯闪烁一次表示执行了一次控制命令；D3是红外发射头，负责发射控制空调的红外波[3]。下面主要介绍蓝牙模块电路和红外发射电路。

图2　硬件电路图

（1）蓝牙模块电路

蓝牙模块采用的是HC-06模块，它是主从一体化的蓝牙串口模块，主从可指令切换，指令丰富齐全，使用简单[4-5]。其芯片引脚和实物图如图3所示。

图3　HC-06模块芯片引脚和实物图

HC-06模块只用排针引出了4个引脚，分别为VCC、TXD、RXD、GND，与单片机连接时只需将该模块J1的TXD与单片机的P3.0（RXD）相连，RXD与单片机的P3.1 （TXD）相连，如图4所示，单片机和蓝牙模块可以进行串口通信。

图4　蓝牙模块与单片机连接图

（2）红外发射电路

红外发射电路如图5所示，由NE555集成电路和外围电路构成。NE555为8脚时基集成电路，属于555系列的计时IC的其中的一种型号，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉冲讯号。其中，元件D3代表红外发射头，Q1是PNP晶体管。PNP晶体管的发射结要正偏，基区的电压要比发射区的电压要低，而集电极要使多数载流子空穴通过，集电区的电压要比基区的要低。与单片机连接时只需将该模块的引脚4与单片机的P3.4（T0）相连，发送单片机产生的指令。

2.2软件设计

软件设计包括单片机和手机端软件设计。单片机软件设计比较简单，主要是将串口接收到的四个指令：空调开机，空调关机，加温，减温转变为相对应的红外发射按键码。首先，单片机和手机端协议好0x01指令代表加温，0x02指令代表减温，0x03指令代表空调开机，0x04指令代表空调关机。然后，单片机根据串口接收到的指令产生相对应的按键码。最后，由红外发射电路发射按键码来控制空调动作。

手机端软件设计借助于手机app—蓝牙串口助手，在操作界面的按钮点击生成响应的操作指令发送给蓝牙串口模块。其设置过程如图6所示，首先如图6(a)所示，搜索周边蓝牙设备，配对完成后，显示连接成功；然后选择操作模式，如图6(b)所示，选择键盘模式；接着设置按钮功能，如图6(c)所示，给按钮取名和确定发送内容，依次设置空调开机，空调关机，加温，减温四个按钮，内容分别为01、02、03、04；最后设置输入输出类型，如图6(d)所示，选择Hex类型。至此，手机端蓝牙串口助手设置完成，通过点击界面上的按钮就可能通过手机控制空调的开、关、加温、减温操作。

图5　红外发射电路

3　系统调试和效果图

系统要真正的运行起来，并达到预期的要求，调试是必不可少的。上电测试是调试的关键，应该按照模块测试的思想，分模块测试系统。首先测试供电电源部分，看电源的提示灯是否点亮。然后测试系统的供电，上电后检测有无器件发热现象，若有应立即断电，若没有，再进行个元件的检测。之后再检查单片机的各部分功能是否正常，复位键能否使用，是否达到复位效果。同时要检查晶振是否起振。

本系统的调试过程中，最主要的困难在于红外发射模块的调试。发射时，原来的方案是使用定时器T0做38 kHz的载波，用定时器T1作为计数器使用来控制高低电平的脉宽。而在调试过程中，却没实现，总是不能产生调制信号。分析原因可能是定时器T0进入中断过于频繁，而定时器T1中断优先较低，使T1不能正常工作。随后改成延时函数来控制高低电平的脉宽，才实现红外调制。最终系统电路PCB图如图7所示，上电实物图如图8所示。

调试成功后，进行了测试，测试结果如下：

（1）遥控距离在10 m附近信号仍然较强，操作响应和数据更新时间在1 s内；

（2）可隔着墙壁或木板铁板等其他障碍物进行遥控，操作响应和数据更新时间在1 s内，不受手机指向影响；

（3）在高于4.0不同版本的Android手机上均可正常运行。

图6　手机端蓝牙串口助手设置

4　总结

本系统通过Android手机实现对室里空调的遥控功能。该系统选用蓝牙模块进行无线通讯，充分发挥蓝牙无线传输速度快，距离远，不受障碍物干扰的优点。控制终端安装在手机上取代传统的遥控器，省去找遥控器的麻烦。手机方便随身携带，可随时调节温度，大大便捷了人们的生活，该技术在智能家居中具有很好的应用前景。

图7　系统电路PCB图

图8　系统上电实物图

由于设计中没有对空调进行任何改装，所以单片机控制板只能放在空调外面，以后可以考虑将控制板安装在空调内部，不影响空调外部美观。最新的蓝牙4.0控制范围最大可以超过100 m，而且速度、抗干扰能力、延时、安全性能等方面都有极大的提高，这将极大地促进智能空调，以至于智能家居的发展。

参考文献：

［1］黄晓伟，梁杰申，朱鹏.蓝牙模块在家电远程控制系统中的应用［J］.微计算机信息，2009，25（6）：8-10.

［2］马鸣，张华.基于Android的蓝牙远程控制PC系统的设计与实现［J］.电脑知识与技术，2012，8（28）：6833-6836.

［3］孙克辉，叶正伟，贺少波.一种新型智能空调遥控器［J］.计算机系统应用，2012（8）：31-32.

［4］金纯，许光辰，孙睿.蓝牙技术［M］.北京：北京电子工业出版社，2011.

［5］钱志鸿，杨帆，周求湛.蓝牙技术原理、开发与应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011.

(编辑：向飞)

The Design and Implementation of Air-Conditioning Remote Control Based on Bluetooth Technology

HU Hao，FU Shao-yang，MIN Feng
（Hubei Province Key Laboratory of Intelligent Robot，Wuhan Institute of Technology，Wuhan430073，China）

Abstract:This paper presents the design and implementation of air-conditioning remote control based on Bluetooth technology.A microcontroller module is used to implement the infrared remote control of air conditioning.The microcontroller module communicates with an Android phones by Bluetooth module attaching the microcontroller.The Android phone as the master interface achieves remote control for air-conditioning through sending commands to the microcontroller module.Relative to the traditional infrared remote control，the system has many advantages，such as easy to carry，control distance，interference from obstructions and so on.

Key words:Android system；Bluetooth；air-conditioning remote control；microcontroller

作者简介：第一胡号，男，1988年生，湖北人，大学本科。研究领域：模式识别，机器人。

收稿日期：2015－02－04

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.026

中图分类号：TN919

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 (2015 ) 08－0095－04