智能藍牙開關控制器的硬件設計

覃光鋒

（廣西機電技師學院，廣西柳州545005）

智能藍牙開關控制器的硬件設計

覃光鋒

（廣西機電技師學院，廣西柳州545005）

設計采用STC89C52單片機芯片制作一個智能藍牙開關控制器實現智能家居，通過安卓手機安裝APP軟件控制5組開關的開和關。當用戶通過具有藍牙APP的安卓手機向藍牙模塊發送數據，藍牙模塊接收信號后通過串口通信把信號傳送給單片機，單片機接收信號處理后控制相應繼電器的開關從而實現開關的通斷。它可由多部手機控制，而不像傳統遙控開關只有一個固定的遙控器，并且該設計具有一鍵開啟所有開關和一鍵關閉所有開關的特點。特別是該設計使用具有安卓系統的手機安裝APP作為遙控器使用，保證了智能藍牙開關簡單的使用界面又降低了設計成本，對現實家庭生活帶來很大的便利。

STC89C52；控制器；智能家居；藍牙開關

隨著人類生活的不斷提高，越來越多的人對日常生活的信息化、智能化和高效化的要求不斷增高。傳統的家居開關都是采用有線方式，這樣就存在著布線繁雜、安裝成本過高、更新線路困難、安全隱患過大、擴展性和移動性差等問題[1]。怎么樣設計一個方便使用、效率高、且成本低的智能家居開關控制系統，為人類提供一個既簡單并且安全和高效的生活條件，使人們充分感受智能藍牙開關帶來的效率、安全、舒適與便利的生活環境，這是最近幾年以來人們茶余飯后討論的一個熱點問題。

本設計對基于藍牙技術的智能藍牙開關結構進行了深入研究設計，采用STC89C52單片機芯片為主控芯片，系統通信采用藍牙無線通信控制開關的方式，解決了傳統智能家居的一系列不足與弊端。

1　設計實現的功能

本系統采用STC89C52單片機制作一個智能藍牙開關控制器，通過無線藍牙與智能手機通信，利用智能手機上的APP控制5組開關，任意控制開關的通斷并且能夠24 h全天運行。替代原遙控器實現遙控功能，遙控器與手機通信距離最遠可達到10 m.

本次設計通過對要實現的功能進行分析，對多種方案進行客觀、科學的分析后，最終確定本次設計的設計方案。系統設計總體結構框圖如圖1所示。

圖1　系統設計總體結構框圖

2　方案選擇

（1）主控芯片的選擇。選用傳統51系列STC89C52單片機。傳統STC89C52單片機屬于經典的51單片機，運行速度雖然比加強型單片機慢，但該設計需要處理數據不多，主控芯片不需要較快的速度也能輕松完成設計目標[2]。該單片機應用的電路簡單，在本次設計中只需要幾個基礎功能就能完全實現設計技術指標，而且該單片機價格低廉，所以本次設計選用該芯片作為主控芯片。

（2）藍牙模塊的選擇。選用HC-05藍牙模塊。其工作電壓值為3.3 V，需要增加一個3.3 V穩壓電路[3]。其傳輸速率比不上RF-BM-S01藍牙模塊，沒有物體遮擋情況下有效遙控距離大概只有10 m，但這些功能已經滿足本次設計要求，加上該模塊價格相對便宜，所以選擇該模塊作為本次設計的藍牙模塊。

（3）繼電器的選擇。選用電磁繼電器JQC-3F.其具有用低電壓和弱電流去控制高電壓的特點。雖然其反應速度比不上固態繼電器，在工作時候也會有響聲，但是在本設計中單片機提供的電壓跟該繼電器工作電壓一樣，且該繼電器能夠滿足設計要求加上價格相對便宜，所以考慮選用該繼電器。

3　硬件電路設計

3.1硬件系統

硬件系統設計框圖如圖2所示，采用AT89C52主控芯片，利用串行通信口對五個繼電器進行控制，通過藍牙信號把單片機與手機建立通信，用戶可通過手機等帶藍牙功能的設備發送指令，藍牙模塊接收并且傳輸指令到單片機，單片機接收信號處理后控制繼電器的通斷，手機每發出一個指令就會有相應的聲光提示，更方便用戶知道電路是否正常接收信號。

圖2　硬件系統框圖

由于繼電器同時工作的電流比較大，為了使系統能夠正常、穩定的工作，這里使用的是工作可靠、穩定的7805穩壓三極管，把變壓器9 V直流電壓穩壓出5 V，給單片機和繼電器提供工作電源，使用AMS1117穩壓電路給藍牙模塊提供3.3 V工作電壓。

3.2主控制系統

該設計采用的主控系統是STC89C52，其具有節能，性能高的特點[4]。設計中該單片機P15、P33、P35、P36、P37引腳分別接五個繼電器，P16接到蜂鳴器電路，P20、P21接LED電路，P30和P31分別接到藍牙模塊串口的RXD（數據接收接口）和TXD（數據輸出接口）上。主控電路圖如圖3所示。

圖3　主控電路圖

3.3藍牙模塊電路

該藍牙模塊使用的是時下流行的串口通信，采用Blue2.0芯片設計，工作模式是主從工作模式，用戶可以通過軟件或者硬件設置主從模式。工作在從機模式，電路中設計有相應的藍牙工作指示燈，通過指示燈的亮滅情況，也可以判斷藍牙的工作狀態，在沒有連接上手機主機的時候，紅燈閃爍，當主機與從機連接上的時候，黃燈長亮，紅燈滅，只有在藍牙模塊把數據傳輸到主控芯片的時候，紅燈才會閃爍。

藍牙模塊的RXD和TXD分別接到STC89C52主控芯片的P30和P31口上。安卓手機藍牙APP端發出信號的時候，藍牙模塊接收到信號并且處理后發送數據給主控芯片。藍牙模塊電路如圖4所示。

圖4　藍牙模塊電路

3.4繼電器電路

設計中使用的是工作電壓值為5 V電磁繼電器，型號為JQC-3F，該繼電器內部主要由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等部分構成[5]。單片機接收到藍牙模塊傳輸的信號并處理，這時候在相對應的I0口置低電平，這時候繼電器線圈的兩端通電，這時候繼電器線圈中有相應電流的通過，因此產生的電磁效應從而可以控制開關的通斷。繼電器電路如圖5所示。

圖5　繼電器電路

3.5電源電路

該設計選用7805芯片作為穩壓芯片，該芯片的穩壓電路如圖6所示，這是一個輸出電壓值為正5V直流穩壓電源電路。D6、D7、D8、D9為整流二極管，C6、C7分別為輸入端和輸出端低頻濾波電容，C8、C9分別為輸入端和輸出端高頻濾波電容，一般在應用電路中7805都需要配備散熱器，防止芯片過熱燒壞。

圖65　V穩壓電源電路圖

該電路圖是輸出直流電壓為3.3 V的穩壓電路，其中C3、C4分別并聯接在芯片的1和2引腳。其穩壓芯片的應用電路如圖7所示。

圖73　.3V穩壓電源電路

3.6聲光提示電路

電路中的蜂鳴器就是通常說的喇叭，常見的電子產品上幾乎都能看見它，其用在有提示、報警、音樂等電路中[6]。因為其工作電流大的特點，單片機的電流很難使蜂鳴器發出聲音，解決的辦法就是在單片機和蜂鳴器直接增添一個三極管，以此來增大通過蜂鳴器的電流，設計結果見圖8電路圖，可以通過提前編寫好的程序向單片機發送指令控制P16引腳電平的置低和置高來控制蜂鳴器的響和不響。

圖8　蜂鳴器電路圖

LED俗稱就是發光二極管，也是廣泛應用于各種電子產品的一種元器件，在各種電子設備上都可以看見它的身影[7]。圖9的作用是向LED提供一個恒定的工作電流，因此要通過一個電路控制通過它的電流，讓LED電流處于正常電流值。

圖9　LED電路圖

4　硬件調試

智能藍牙開關控制系統主要由手機藍牙APP軟件、藍牙模塊、單片機、繼電器以及穩壓電源電路五部分組成。當硬件從PCB布線到制板焊接安裝完成后首先必須要確保沒有線路故障，線路故障一般指線路開路或者線路短路，往往是由于繪畫或制作PCB板過程中細節錯誤所造成的，想要排除這樣故障需要認真對比原理圖布局和PCB板布線是否一致，用萬用表檢測線路端子之間是否存在短路或開路的，端子的阻抗是否滿足要求等。

在確定沒有線路故障的情況下，為了保證各個硬件部分能正常進行工作。首先給系統上電，用萬用表測試5 V穩壓模塊看輸出電壓是否是5 V；接著用萬用表測試3.3 V.看該模塊輸出端輸出電壓是否是3.3 V.

硬件調試過程中出現上電下載程序無法下載，這時候用示波器檢測單片機第18引腳，發現18引腳沒有12 M的脈沖輸出，那么晶振電路沒有起振。這時候用萬用表檢測單片機的VCC和GND有沒有正常5 V的工作電壓，發現電壓不正常。解決方法就是用烙鐵把PCB電路板附銅線鍍上焊錫，再用萬用表檢測單片機電壓發現正常，再次下載成功。

在7805沒有加大電容的情況下，如果把繼電器打開到第三個的時候單片機就會自動復位。這時候用示波器測量就會發現電平被拉低，所以導致了單片機復位現象，解決方法就是在穩壓電源5 V輸出端那里加1 000 uf的電容。

該設計下載程序到芯片，經過調試，在無障礙物10 m遙控距離內，測試10次，成功率為100%；在有墻阻擋環境下，4 m遙控距離內，測試10次，成功率為80%以上，在平時的家庭生活中有較大的實用效果。

5　結束語

該設計經過理論設計、實物制作和應用測試，較好解決了房子電路設計、安裝和使用過程中布線繁雜、安裝成本過高、更新線路困難、安全隱患過大、擴展性和移動性差等問題，對現代家居電路開關系統的設計起著很大的啟發和推動作用。

[1]鄒衛華.ZigBee技術在智能家居中的應用[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2008.

[2]李建華，王清輝.單片機在現代電器上的應用研究[J].湖南科技學院學報，2012，（12）：30-34.

[3]劉品，楊潤生.基于DSP的藍牙無線傳輸系統設計[J].移動通信，2009，（20）：21-25.

[4]許姍姍，邢方方.基于嵌入式微處理器的銀行一米線系統設計[J].計算機光盤軟件與應用，2012，（02）：189-190.

[5]汪淳.基于虛擬儀器的汽車繼電器電參數自動測試系統的研究[D].合肥：合肥工業大學，2009.

[6]王瑾，袁戰軍.基于單片機的電阻爐溫度報警電路設計[J].科技創新與應用，2014，（34）：79-80.

[7]蔣蕓，鮑麗莎，曹正東.發光二極管的特性研究[J].實驗室研究與探索，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

覃光鋒（1983-），男，廣西興業人，本科，講師，從事電子技術類職業教育。