基于单片机的蓝牙无线智能家居控制系统

西北民族大学电气工程学院 苏梦梦 张国恒 任有松 江宪长 卢黄城 张语夏

基于单片机的蓝牙无线智能家居控制系统

西北民族大学电气工程学院 苏梦梦 张国恒 任有松 江宪长 卢黄城 张语夏

设计了基于单片机的蓝牙无线智能家居控制系统，通过环境中的温度、湿度、烟雾等一系列的变化，该系统可以完成通过手机APP提示环境中的变化，物主可以通过手机APP的提醒，及时防备或采取应急策略。通过对智能家居系统的总体构造、硬件组成、软件设计三个方面进行分析和设计，使得智能家居系统能够快速准确的完成指定设计要求。经过实验表明，该智能家居系统能够完全实现设计要求。

智能；蓝牙；传感器；系统

0 引言

随着智能手机的日益普及，基于智能手机开发的蓝牙技术是理想的无线自动化的核心技术。越来越多的无线智能家居被应用到各行各业。基于单片机的智能家居控制系统是建立蓝牙无线通信来方便用户控制智能家居设备和读取家里如温度、湿度等各项环境参数。用户对家中各智能设备的控制信息通过手机软件编辑成控制代码后，由手机APP通过蓝牙与智能家居控制终端建立连接完成对各家庭设备的控制和对各家庭参数的读取和控制。

1 设计要求及实现功能

根据设计要求，系统提供了包括了单片机核心控制模块，蓝牙串口通信模块，OLED显示屏模块，继电器模块，Android手机APP，各种传感器模块等等。

2 实现目标

2.1 智能环境监测

OLED显示模块负责显示各类数据，当人在家不用手机APP软件也可以即时看到各类数据。通过各类传感器模块的采集更加精准的应对环境变化以做出调整。

DHT11温湿度采集模块负责获取环境的温湿度度数据，当你呆在自己的房间时，你不知道户外的温度，这时候单片机的蓝牙无线智能家居控制系统的温湿度传感器就会发挥作用，它可以显示现在户外的实时温度，根据这个准确温度你就来决定自己的穿着，就不会出现外出后才知道穿多或者穿少的尴尬情况。

土壤湿度采集模块检测植物的缺水程度并记录上传实时数据给控制器（单片机），让控制器决定给植物浇水的程度。

烟雾检测模块该传感器主要是探测家中的燃气泄漏情况，一旦有燃气泄漏会通过无线发出报警并通知授权手机APP。

报警电路的主要功能是关闭用电器防止发生房间紧急情况。当检测到家中各种环境数据超标，比如烟雾浓度过大时，单片机控制蜂鸣器发出警报30S,通过判断家庭是否有用户听到实行控制，如果判断的结果是家庭中无用户听到，单片机通过控制手机给远端的用户手机APP通知实际情况。

光线传感器负责采集环境的光线强度，方便生活。

声音传感器负责采集环境的声音，营造一个安静的家居环境。水位传感器负责监测水位高度，防止水箱的水位超标。

火焰传感器用于检测家居的火灾情况，防止火灾，APP受到数据信息，可以及时去阻止处理，避免损失。

DS1302时钟模块可以显示时间万年历，手动按键可以设置时间，同时通过手机APP软件可以蓝牙无线给时钟网络授时，实现万年历的精准同步显示。

2.2 手机终端a p p

通过用户对手机进行触摸发出蓝牙信号开关指令，然后传输到蓝牙模块上，传输给单片机转换成相应的电信号控制继电器通断相关家居的电路，手动按键也可以手动控制电器的开关，同时反馈给手机app电器的开关状态，双向反馈的设计从而实现多数开关功能。手机APP还能给时钟万年历进行无线网络校时。

2.3 人体红外识别

通过检测模块检测是否在家庭中出现可疑的人，如果有可疑人物出现时，手机APP将会发出报警信号。通过报警电路模块负责向用户反馈该app危险信息，实现“软硬结合”，更加智能地进行控制以及智能遥控。

3 成品完成的过程流程

3.1 主机控制器（单片机）芯片的选择

整个系统控制主芯片选择C8051F020。该主芯片处理芯片与普通型单片机做比较，具有运行速度快，程序简单，扩展芯片少，连线比较简单，资源多，易于升级和后期维护等优点，并且也保证系统的可靠性和稳定性。

3.2 元件在焊接时，应注意的事项

在元器件焊接之前应该先进行元件的正负极的辨别，以防止焊接完成后正负极出问题，造成时间和精力的浪费。在焊接过程中特别注意焊锡的量要得当，焊锡的量过多可能造成电路短路，焊锡的量过少有可能造成虚焊从而形成电路的断路。

单片机的蓝牙无线智能家居控制系统做完以后，理论指导实践最重要的一步就是调试。调试工作需要很好的耐心。所以在调试过程中必须保持冷静和智慧，不能一味的闷头死干，要好好的考虑一下下一步应该如何去做。一个好的智能家居控制系统的调试需要软硬件结合调试。

3.3 在软硬件结合调试的过程中应注意以下问题

（1）首先测量一下各点的电压，由于每个模块的电压不一样，如果不进行测量，可能会造成主芯片和各个模块的烧毁，可能会造成不可挽回的损失，经过测量电压后，在进行安装与调试；

（2）在手工焊接调试时还出现了忘记接上拉电阻造成系统显示器工作不正常；（3）系统工作之前首先要对蓝牙模块进行测试，保证蓝牙模块能够实现正常的指令收发功能。

4 系统特色

（1）“一机掌控”的高度统一化系统。

（2）操作简单，适用于任何人群。

（3）蓝牙技术是一项公开的近距离无线连接的技术规范，解决了系统应用时需重新布局布线的烦恼。

（4）该控制系统具有高度完善的性能，相对较高可靠性，相对较低成本，易于安装、维护、扩充等特点，便于各个用户的使用和智能家居推广。

5 系统创新点

（1）在进行系统的硬件电路设计时,系统分为不同的模块，从而提高了系统电路的通用性

（2）由于该系统电路的无线通信技术和模块化设计的应用。在进行软件设计时,遵循。模块化的设计思想,不但考虑了各模块功能的实现,而且各个模块之间的协调性。。

（3）在该系被设计时，C语言被用于程序设计时，单片机和蓝牙技术被应用于控制，系统通过蓝牙解决了家庭布线布局，并且软硬件都采用了模块化设计，从而使系统具有可移植性。

6 结论

设计的这种以单片机为核心的蓝牙无线智能家居控制系统，通过智能手机手机APP为控制系统的平台，智能家居控制系统可以在手机APP上能够看到温湿度采集信息、土壤湿度采集模块、烟雾检测模块、报警电路、光线传感器、声音传感器、水位传感器、火焰传感器、人体红外传感器采集的信息以及时钟模块的采集和校准，该系统能够达到协调、快速、准确的完成指定设计要求。根据多次实验，基于单片机的蓝牙无线智能家居控制系统能够完成我们预期的目标。

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[4]李钢．1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J]．现代电子技术,2005．

苏梦梦（1995—），女，河南人，大学本科，现就读于西北民族大学。

张国恒，男，西北民族大学教授，硕士生导师。

西北民族大学国家级大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：201710742059）。