一个智能蓝牙LED灯的开关控制系统的设计

《物联网技术》杂志
2021-10-16 12:05
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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 单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、11.059 2 MHz 晶振、7 cm9 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 1μF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。


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