一个智能蓝牙LED灯的开关控制系统的设计

2018-01-25王玉婷张建鹏邱胜海袁浩栋孙琦赵煜

物联网技术 2018年1期

王玉婷张建鹏邱胜海袁浩栋孙琦赵煜

摘要：传统的家居控制存在手动控制慢，实时性差，无法远程控制的缺陷。文中描述了智能家居的发展情况，针对LED灯开关控制存在的不足，提出一种基于STC89C51RC单片机与LED灯开关控制电路的集成方案，利用Android及蓝牙技术实现LED灯的远程开关控制。实践表明，该控制系统具有快速、方便及可靠的特点。

关键词：智能家居；LED ；STC89C51RC单片机；Android；蓝牙

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）01-00-02

0 引言

随着科技的快速发展与人们生活水平的不断提高，智能家居[1]的概念逐渐进入公众的视野，使得人们可以通过类似手机、平板等外部设备实时对家居进行查看控制，营造了更加舒适便捷的生活环境。智能家居是社会信息化发展的重要组成部分和表现形式，引导着家居产业朝着智能化、绿色化、标准化的方向发展。本系统是针对智能家居照明系统进行的设计。从节能环保角度考虑，选用能耗低，生命周期长，用料环保的LED灯具；对于信息的传输，采用蓝牙——一种短距离的无线通讯技术，通过无线网络来实现数据、命令等的双向传输；结合发展实际，为实现智能家居照明系统的内部程序设计，选用操作简单，成本相对较低且实用性强的C51单片机。这些应用不仅能够带来更好的用户体验，而且能够节约能源，降低成本，保护环境。

1 LED灯智能控制原理

本系统采用STC89C51RC單片机制作一个蓝牙开关LED灯的系统[2]，通过蓝牙通信模块与Android智能手机相连接，再利用所开发的App控制三个LED灯的开关，从而实现对灯的智能开关控制，无需到固定的开关处进行开灯及关灯的手工操作。智能手机可以同时控制三个LED灯，且这三盏灯的开关互不影响、相互独立。其通信示意图如图1所示。

2 智能控制系统的方案设计

2.1 智能控制系统的硬件设计

硬件设计分为单片机选择设计、蓝牙模块的选择设计、其余元器件的选择设计三部分。具体描述如下：

（1）单片机的选择

选用STC89C51RC单片机，STC89C51RC是采用8051核的在系统可编程芯片（In System Programming，ISP），最高工作时钟频率为80 MHz。供电系统[3]采用集成式稳压模块LM7805，该模块具有成本低、转换率高的特点，适用于小项目的制作，稳压范围为6～12 V，用此设计可以搭配六节干电池以及2 s/3 s的锂电池模块进行供电，可移植性较强。如果需要外接5 V大功率用电器，可以采用LM2596S模块。

（2）蓝牙模块的选择

选用HC-06蓝牙模块，其工作电压为3.3 V，无线接收发射频率为2.4 GHz，体积为27 mm×13 mm×2 mm，模块内置8 M Flash，功能强大，用户可定制软件，适用于各种蓝牙设备，蓝牙模块技术可参考文献[4]。

（3）其余元件选择

控制系统的元件包括10 μF电解电容、10 kΩ色环电阻、1 kΩ色环电阻、DIP40单片机插座、22 pF瓷片电容、11.0592 MHz晶振、7 cm×9 cm万孔板、2.5 mm排针、自复位按键、DC 5 V的电源座、DC 5 V的USB电源线、LED电源指示灯、3个LED发光二极管、焊接跳线、4.7 kΩ排阻、杜邦线、导线、1 kΩ色环电阻、焊锡丝。

控制系统硬件电路如图2所示，其中含有晶振模块和复位模块。复位模块由4脚按键加1 μF的电解电容和10kΩ的上拉电阻组成，当按下开关的瞬间，该模块以一个较长的时间段给单片机复位管脚一个高电平，使单片机内部程序重启，防止程序跑飞，保证系统安全、稳定。晶振模块由11.0592MHz的晶体振荡管和2个震荡电容组成，电容的取值范围一般为22 pF～30 pF，目的是给系统一个持续稳定的时钟频率[5]。该模块需要接单片机的特定管脚，如复位模块需要接单片机的RST管脚，否则无用。此外，晶振电路需接特定的晶振管脚。

2.2 智能控制系统的软件设计与实现

系统由单片机控制部分和Android系统的App组成。用户可以通过Android系统的App对LED灯进行无线控制，同时单片机控制部分执行该指令[6]。控制系统流程如图3所示。

用户打开Android手机程序界面，系统显示如图4所示。打开手机蓝牙，连接到单片机蓝牙模块，通过手机界面控制LED灯的开关，完成控制系统的测试。该系统智能控制的实现通过C语言编程，在Keil C51环境下完成程序的编译和调试，通过烧录软件将程序烧录到单片机中。

3 结语

基于Android的智能LED开关远程控制系统具有稳定性好、成本低、操作简单的特点，给用户带来更便捷、舒适的生活体验，大大丰富了人们的生活，提高了人们的生活质量。目前系统处于可在一定范围内控制LED灯的阶段，而对于远距离控制LED灯的开关，则尚未实现，还有待于进一步的研究。

参考文献

[1]李刚.智能家居的现状及发展趋势[J].中国新通信，2016，18（19）：67.

[2]马大坚，郑胜平，马才华.基于Android控制智能台灯的设计[J].电子世界，2016（12）：43.

[3]覃光锋.智能蓝牙开关控制器的硬件设计[J].装备制造技术，2016（10）：31-34.

[4]康习勇.蓝牙技术在智能家居中的应用研究[D].沈阳：辽宁工程技术大学，2005.

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

[6]胡越，周腾鹤，梁东升.基于蓝牙的安卓平台智能灯控制系统设计与实现[J].物联网技术，2016，6（5）：14-16.