智能蓝牙开关控制器的硬件设计

覃光锋

（广西机电技师学院，广西柳州545005）

智能蓝牙开关控制器的硬件设计

覃光锋

（广西机电技师学院，广西柳州545005）

设计采用STC89C52单片机芯片制作一个智能蓝牙开关控制器实现智能家居，通过安卓手机安装APP软件控制5组开关的开和关。当用户通过具有蓝牙APP的安卓手机向蓝牙模块发送数据，蓝牙模块接收信号后通过串口通信把信号传送给单片机，单片机接收信号处理后控制相应继电器的开关从而实现开关的通断。它可由多部手机控制，而不像传统遥控开关只有一个固定的遥控器，并且该设计具有一键开启所有开关和一键关闭所有开关的特点。特别是该设计使用具有安卓系统的手机安装APP作为遥控器使用，保证了智能蓝牙开关简单的使用界面又降低了设计成本，对现实家庭生活带来很大的便利。

STC89C52；控制器；智能家居；蓝牙开关

随着人类生活的不断提高，越来越多的人对日常生活的信息化、智能化和高效化的要求不断增高。传统的家居开关都是采用有线方式，这样就存在着布线繁杂、安装成本过高、更新线路困难、安全隐患过大、扩展性和移动性差等问题[1]。怎么样设计一个方便使用、效率高、且成本低的智能家居开关控制系统，为人类提供一个既简单并且安全和高效的生活条件，使人们充分感受智能蓝牙开关带来的效率、安全、舒适与便利的生活环境，这是最近几年以来人们茶余饭后讨论的一个热点问题。

本设计对基于蓝牙技术的智能蓝牙开关结构进行了深入研究设计，采用STC89C52单片机芯片为主控芯片，系统通信采用蓝牙无线通信控制开关的方式，解决了传统智能家居的一系列不足与弊端。

1　设计实现的功能

本系统采用STC89C52单片机制作一个智能蓝牙开关控制器，通过无线蓝牙与智能手机通信，利用智能手机上的APP控制5组开关，任意控制开关的通断并且能够24 h全天运行。替代原遥控器实现遥控功能，遥控器与手机通信距离最远可达到10 m.

本次设计通过对要实现的功能进行分析，对多种方案进行客观、科学的分析后，最终确定本次设计的设计方案。系统设计总体结构框图如图1所示。

图1　系统设计总体结构框图

2　方案选择

（1）主控芯片的选择。选用传统51系列STC89C52单片机。传统STC89C52单片机属于经典的51单片机，运行速度虽然比加强型单片机慢，但该设计需要处理数据不多，主控芯片不需要较快的速度也能轻松完成设计目标[2]。该单片机应用的电路简单，在本次设计中只需要几个基础功能就能完全实现设计技术指标，而且该单片机价格低廉，所以本次设计选用该芯片作为主控芯片。

（2）蓝牙模块的选择。选用HC-05蓝牙模块。其工作电压值为3.3 V，需要增加一个3.3 V稳压电路[3]。其传输速率比不上RF-BM-S01蓝牙模块，没有物体遮挡情况下有效遥控距离大概只有10 m，但这些功能已经满足本次设计要求，加上该模块价格相对便宜，所以选择该模块作为本次设计的蓝牙模块。

（3）继电器的选择。选用电磁继电器JQC-3F.其具有用低电压和弱电流去控制高电压的特点。虽然其反应速度比不上固态继电器，在工作时候也会有响声，但是在本设计中单片机提供的电压跟该继电器工作电压一样，且该继电器能够满足设计要求加上价格相对便宜，所以考虑选用该继电器。

3　硬件电路设计

3.1硬件系统

硬件系统设计框图如图2所示，采用AT89C52主控芯片，利用串行通信口对五个继电器进行控制，通过蓝牙信号把单片机与手机建立通信，用户可通过手机等带蓝牙功能的设备发送指令，蓝牙模块接收并且传输指令到单片机，单片机接收信号处理后控制继电器的通断，手机每发出一个指令就会有相应的声光提示，更方便用户知道电路是否正常接收信号。

图2　硬件系统框图

由于继电器同时工作的电流比较大，为了使系统能够正常、稳定的工作，这里使用的是工作可靠、稳定的7805稳压三极管，把变压器9 V直流电压稳压出5 V，给单片机和继电器提供工作电源，使用AMS1117稳压电路给蓝牙模块提供3.3 V工作电压。

3.2主控制系统

该设计采用的主控系统是STC89C52，其具有节能，性能高的特点[4]。设计中该单片机P15、P33、P35、P36、P37引脚分别接五个继电器，P16接到蜂鸣器电路，P20、P21接LED电路，P30和P31分别接到蓝牙模块串口的RXD（数据接收接口）和TXD（数据输出接口）上。主控电路图如图3所示。

图3　主控电路图

3.3蓝牙模块电路

该蓝牙模块使用的是时下流行的串口通信，采用Blue2.0芯片设计，工作模式是主从工作模式，用户可以通过软件或者硬件设置主从模式。工作在从机模式，电路中设计有相应的蓝牙工作指示灯，通过指示灯的亮灭情况，也可以判断蓝牙的工作状态，在没有连接上手机主机的时候，红灯闪烁，当主机与从机连接上的时候，黄灯长亮，红灯灭，只有在蓝牙模块把数据传输到主控芯片的时候，红灯才会闪烁。

蓝牙模块的RXD和TXD分别接到STC89C52主控芯片的P30和P31口上。安卓手机蓝牙APP端发出信号的时候，蓝牙模块接收到信号并且处理后发送数据给主控芯片。蓝牙模块电路如图4所示。

图4　蓝牙模块电路

3.4继电器电路

设计中使用的是工作电压值为5 V电磁继电器，型号为JQC-3F，该继电器内部主要由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等部分构成[5]。单片机接收到蓝牙模块传输的信号并处理，这时候在相对应的I0口置低电平，这时候继电器线圈的两端通电，这时候继电器线圈中有相应电流的通过，因此产生的电磁效应从而可以控制开关的通断。继电器电路如图5所示。

图5　继电器电路

3.5电源电路

该设计选用7805芯片作为稳压芯片，该芯片的稳压电路如图6所示，这是一个输出电压值为正5V直流稳压电源电路。D6、D7、D8、D9为整流二极管，C6、C7分别为输入端和输出端低频滤波电容，C8、C9分别为输入端和输出端高频滤波电容，一般在应用电路中7805都需要配备散热器，防止芯片过热烧坏。

图65　V稳压电源电路图

该电路图是输出直流电压为3.3 V的稳压电路，其中C3、C4分别并联接在芯片的1和2引脚。其稳压芯片的应用电路如图7所示。

图73　.3V稳压电源电路

3.6声光提示电路

电路中的蜂鸣器就是通常说的喇叭，常见的电子产品上几乎都能看见它，其用在有提示、报警、音乐等电路中[6]。因为其工作电流大的特点，单片机的电流很难使蜂鸣器发出声音，解决的办法就是在单片机和蜂鸣器直接增添一个三极管，以此来增大通过蜂鸣器的电流，设计结果见图8电路图，可以通过提前编写好的程序向单片机发送指令控制P16引脚电平的置低和置高来控制蜂鸣器的响和不响。

图8　蜂鸣器电路图

LED俗称就是发光二极管，也是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，在各种电子设备上都可以看见它的身影[7]。图9的作用是向LED提供一个恒定的工作电流，因此要通过一个电路控制通过它的电流，让LED电流处于正常电流值。

图9　LED电路图

4　硬件调试

智能蓝牙开关控制系统主要由手机蓝牙APP软件、蓝牙模块、单片机、继电器以及稳压电源电路五部分组成。当硬件从PCB布线到制板焊接安装完成后首先必须要确保没有线路故障，线路故障一般指线路开路或者线路短路，往往是由于绘画或制作PCB板过程中细节错误所造成的，想要排除这样故障需要认真对比原理图布局和PCB板布线是否一致，用万用表检测线路端子之间是否存在短路或开路的，端子的阻抗是否满足要求等。

在确定没有线路故障的情况下，为了保证各个硬件部分能正常进行工作。首先给系统上电，用万用表测试5 V稳压模块看输出电压是否是5 V；接着用万用表测试3.3 V.看该模块输出端输出电压是否是3.3 V.

硬件调试过程中出现上电下载程序无法下载，这时候用示波器检测单片机第18引脚，发现18引脚没有12 M的脉冲输出，那么晶振电路没有起振。这时候用万用表检测单片机的VCC和GND有没有正常5 V的工作电压，发现电压不正常。解决方法就是用烙铁把PCB电路板附铜线镀上焊锡，再用万用表检测单片机电压发现正常，再次下载成功。

在7805没有加大电容的情况下，如果把继电器打开到第三个的时候单片机就会自动复位。这时候用示波器测量就会发现电平被拉低，所以导致了单片机复位现象，解决方法就是在稳压电源5 V输出端那里加1 000 uf的电容。

该设计下载程序到芯片，经过调试，在无障碍物10 m遥控距离内，测试10次，成功率为100%；在有墙阻挡环境下，4 m遥控距离内，测试10次，成功率为80%以上，在平时的家庭生活中有较大的实用效果。

5　结束语

该设计经过理论设计、实物制作和应用测试，较好解决了房子电路设计、安装和使用过程中布线繁杂、安装成本过高、更新线路困难、安全隐患过大、扩展性和移动性差等问题，对现代家居电路开关系统的设计起着很大的启发和推动作用。

[1]邹卫华.ZigBee技术在智能家居中的应用[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2008.

[2]李建华，王清辉.单片机在现代电器上的应用研究[J].湖南科技学院学报，2012，（12）：30-34.

[3]刘品，杨润生.基于DSP的蓝牙无线传输系统设计[J].移动通信，2009，（20）：21-25.

[4]许姗姗，邢方方.基于嵌入式微处理器的银行一米线系统设计[J].计算机光盘软件与应用，2012，（02）：189-190.

[5]汪淳.基于虚拟仪器的汽车继电器电参数自动测试系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2009.

[6]王瑾，袁战军.基于单片机的电阻炉温度报警电路设计[J].科技创新与应用，2014，（34）：79-80.

[7]蒋芸，鲍丽莎，曹正东.发光二极管的特性研究[J].实验室研究与探索，2007，（06）：30-33.

Hardware Design of Intelligent Bluetooth Switch Controller

QIN Guang-feng
（Guangxi Institute of Mechanical and Electrical Technician，Liuzhou Guangxi 545005，China）

The design uses STC89C52 microcontroller chip to produce a smart Bluetooth switch controller to achieve smart home，through the installation of android mobile phone APP software to control the opening and closing of the 5 groups of switches.When the user through bluetooth app of android phones to send data to the Bluetooth module，bluetooth module receiving signal after through the serial communication to signal is transmitted to MCU，MCU receives the signal processing control the corresponding relay switch so as to realize the switch onoff.It can be controlled by a number of mobile phones，rather than the traditional remote control switch is only a fixed remote control，and the design has a key to open all the switches and a key to close all the characteristics of the switch.Especially the design with android phones and install the app is used as a remote control，ensure the bluetooth intelligent switch simple to use interface and reduce the design cost，bring great convenience to the reality of family life.

STC89C52；controller；smart home；bluetooth switch

TM564

A

1672-545X（2016）10-0031-04

2016-07-12

覃光锋（1983-），男，广西兴业人，本科，讲师，从事电子技术类职业教育。