基于蓝牙控制的智能台灯系统设计

徐全林

摘 要：文章提出了一种基于蓝牙控制技术的台灯系统设计方法，可广泛应用于智能家居领域。主要阐述了利用IAR15F2K60S2单片机和PWM技术实现对光敏传感器、超声波传感器等传感器件的控制过程和实现算法基本原理，并给出了PWM信号驱动台灯工作和手机蓝牙终端对台灯控制的原理和一般设计方法。

关键词：传感器智能家居；PWM；控制

Abstract： This paper presents a design method of table lamp system based on Bluetooth control technology， which can be widely used in the field of smart home. Mainly expounds the basic principle and implementation process of control algorithm of photosensitive sensor and ultrasonic sensor sensing devices using the IAR15F2K60S2 microcontroller and PWM technology， and gives the PWM signal to drive the lamp and mobile phone Bluetooth terminal to control the lamp principle and general design method.

Key words： The sensor； Smarthome； PWM control

前言

随着科学技术的进步和社会的发展，人们不仅希望居住环境要舒适便捷，而且还要具有一定的智能性，即能够让家居用品拥有感应、感知、通信和计算等功能，于是出现了智能家居的概念。实现智能家居的目的是为了对家居环境的智能化管理，改变人们的生活方式，为用户提供人性化和智能化的居住环境。本系统对一种简单的家居用品——台灯，进行研究设计，使其具有一定的感应能力，能够实现无线通信功能，可应用到其他智能控制领域。其成本低廉，使用的模块都能在市场上买到，实用性较强，贴近实际生活，易于开发和生产。

1 系统功能描述

系统设置了两种工作模式：自动感应模式、无线控制模式。

自动感应模式：当人靠近台灯时，台灯进入工作状态，其是否工作取决于外界亮度，比如在夜晚极暗的情况下，台灯达到最大亮度，在下午或黄昏时为中等亮度，在中午极亮的情况下，台灯停止工作，即可实现由外界亮度自动调节台灯的亮度；当人体坐姿不对或离台灯距离太近，台灯会立刻发出警告声，如果3S内人体没有纠正坐姿，台灯将会自动熄灭，若外界亮度大，台灯已经熄灭，则系统只发声警告，以达到警告用户纠正坐姿的目的。

无线控制模式：当人靠近台灯时，台灯默认在自动感应模式工作，此时由手机终端发送一个命令，使其转换成无线控制模式，此时系统的工作状态完全由终端APP控制。通过该APP可以改变任意台灯亮度，不在受外界亮度控制，此时仍能够纠正坐姿。当想要转到自动感应模式时，再发一次命令即可。

当人离开台灯时，台灯系统将延时工作1分钟，然后停止工作，此时以上两种工作模式均无效。

2 主要器件和基本理论

（1）IAR15F60S2单片机：该芯片是宏晶公司生产的单时钟（1T）的单片机，可实现在线仿真，指令代码完全兼容传统8051，速度快8-12倍。采用内部R/C振荡器，频率可调，省去了外接晶振电路；有8路高速10位A/D转换，在实现对模拟信号采样时，不用外接A/D转换芯片；3组串口通信端口，有利于本系统中的多路串口通信和波特率发生器的实现；内部集成2K的R0M，60K的RAM，存储代码量大，处理速度快。

（2）Bluetoot接收模块：用于接收信号的蓝牙从机，蓝牙主机则是手机终端，执行蓝牙2.0标准，内置2.4GHz天线能够自动搜索附近蓝牙设备，可通过手机与之配对；数据传输速度默认为9600b/s，可通过AT指令修改。

（3）超声波传感器：模块精度高，主要用于距离检测，只需控制口发一个10US以上的高电平， 传感器就会发出一段超声波，遇到障碍物自动返回到接收端。

（4）人体热释电传感器：是基于红外线技术的自动控制模块，主要用于检测台灯旁是否有人体活动。工作原理是当人进入其感应范围则输出高电平，延时一段时间后，返回低电平，否则一直输出低电平信号。

（5）光敏传感器：可以检测周围环境的光亮强度，将亮度转换为模拟量输出，当与IAR15F60S2单片机相连，可采用单片机内部A/D转换功能，把模拟量转换成精准的数字量。

（6）本系统运用到了基本知识和理论主要包括5个部分：蓝牙串口协议、PWM脉冲调制、A/D转换、声波测距、中断控制。具体来说是通过人体热释电传感器来感应人体是否靠近台灯，如果靠近台灯后则触发中断，开启整个系统，而后由光敏传感器将外界光亮强度采集到后转换成模拟量，通過单片机内部A/D转换，用精准的数字量去控制台灯的亮度。再给超声波传感器一个触发信号，使之发出超声波信号从而计算出人体离台灯的距离，当小于规定数值时，发出警报，在短时间人体仍未离开则台灯停止工作，当人体距离台灯大于规定数值时，台灯启动工作。实现蓝牙控制是基于单片机的多路串口通信，将蓝牙模块的RXD（接收）、TXD（发送）端口与单片机的TXD、RXD端口交叉相连，通过串口协议，即波特率，实现与单片机的协议对接，从而达到数据传输的目的，通过手机APP发出命令，单片机收到命令后，向手机终端响应，控制台灯工作。如下图所示：

手机和单片机以蓝牙模块为载体组成一个相互接收和发送的系统，单片机和台灯组成一个单向传输系统。从而通过Bluetooth技术间接的将台灯与手机相连，利用手机 APP实现台灯与用户的互动，通过手机控制台灯的工作状态。当人体离开时，超声波检测到的距离超过2米时，说明人体已经不再台灯附近活动，则使台灯停止工作，当人体再次靠近台灯时，人体热释电传感器再次触发中断，启动工作。