基于藍牙控制的智能臺燈系統設計

徐全林

摘 要：文章提出了一種基于藍牙控制技術的臺燈系統設計方法，可廣泛應用于智能家居領域。主要闡述了利用IAR15F2K60S2單片機和PWM技術實現對光敏傳感器、超聲波傳感器等傳感器件的控制過程和實現算法基本原理，并給出了PWM信號驅動臺燈工作和手機藍牙終端對臺燈控制的原理和一般設計方法。

關鍵詞：傳感器智能家居；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

隨著科學技術的進步和社會的發展，人們不僅希望居住環境要舒適便捷，而且還要具有一定的智能性，即能夠讓家居用品擁有感應、感知、通信和計算等功能，于是出現了智能家居的概念。實現智能家居的目的是為了對家居環境的智能化管理，改變人們的生活方式，為用戶提供人性化和智能化的居住環境。本系統對一種簡單的家居用品——臺燈，進行研究設計，使其具有一定的感應能力，能夠實現無線通信功能，可應用到其他智能控制領域。其成本低廉，使用的模塊都能在市場上買到，實用性較強，貼近實際生活，易于開發和生產。

1 系統功能描述

系統設置了兩種工作模式：自動感應模式、無線控制模式。

自動感應模式：當人靠近臺燈時，臺燈進入工作狀態，其是否工作取決于外界亮度，比如在夜晚極暗的情況下，臺燈達到最大亮度，在下午或黃昏時為中等亮度，在中午極亮的情況下，臺燈停止工作，即可實現由外界亮度自動調節臺燈的亮度；當人體坐姿不對或離臺燈距離太近，臺燈會立刻發出警告聲，如果3S內人體沒有糾正坐姿，臺燈將會自動熄滅，若外界亮度大，臺燈已經熄滅，則系統只發聲警告，以達到警告用戶糾正坐姿的目的。

無線控制模式：當人靠近臺燈時，臺燈默認在自動感應模式工作，此時由手機終端發送一個命令，使其轉換成無線控制模式，此時系統的工作狀態完全由終端APP控制。通過該APP可以改變任意臺燈亮度，不在受外界亮度控制，此時仍能夠糾正坐姿。當想要轉到自動感應模式時，再發一次命令即可。

當人離開臺燈時，臺燈系統將延時工作1分鐘，然后停止工作，此時以上兩種工作模式均無效。

2 主要器件和基本理論

（1）IAR15F60S2單片機：該芯片是宏晶公司生產的單時鐘（1T）的單片機，可實現在線仿真，指令代碼完全兼容傳統8051，速度快8-12倍。采用內部R/C振蕩器，頻率可調，省去了外接晶振電路；有8路高速10位A/D轉換，在實現對模擬信號采樣時，不用外接A/D轉換芯片；3組串口通信端口，有利于本系統中的多路串口通信和波特率發生器的實現；內部集成2K的R0M，60K的RAM，存儲代碼量大，處理速度快。

（2）Bluetoot接收模塊：用于接收信號的藍牙從機，藍牙主機則是手機終端，執行藍牙2.0標準，內置2.4GHz天線能夠自動搜索附近藍牙設備，可通過手機與之配對；數據傳輸速度默認為9600b/s，可通過AT指令修改。

（3）超聲波傳感器：模塊精度高，主要用于距離檢測，只需控制口發一個10US以上的高電平， 傳感器就會發出一段超聲波，遇到障礙物自動返回到接收端。

（4）人體熱釋電傳感器：是基于紅外線技術的自動控制模塊，主要用于檢測臺燈旁是否有人體活動。工作原理是當人進入其感應范圍則輸出高電平，延時一段時間后，返回低電平，否則一直輸出低電平信號。

（5）光敏傳感器：可以檢測周圍環境的光亮強度，將亮度轉換為模擬量輸出，當與IAR15F60S2單片機相連，可采用單片機內部A/D轉換功能，把模擬量轉換成精準的數字量。

（6）本系統運用到了基本知識和理論主要包括5個部分：藍牙串口協議、PWM脈沖調制、A/D轉換、聲波測距、中斷控制。具體來說是通過人體熱釋電傳感器來感應人體是否靠近臺燈，如果靠近臺燈后則觸發中斷，開啟整個系統，而后由光敏傳感器將外界光亮強度采集到后轉換成模擬量，通過單片機內部A/D轉換，用精準的數字量去控制臺燈的亮度。再給超聲波傳感器一個觸發信號，使之發出超聲波信號從而計算出人體離臺燈的距離，當小于規定數值時，發出警報，在短時間人體仍未離開則臺燈停止工作，當人體距離臺燈大于規定數值時，臺燈啟動工作。實現藍牙控制是基于單片機的多路串口通信，將藍牙模塊的RXD（接收）、TXD（發送）端口與單片機的TXD、RXD端口交叉相連，通過串口協議，即波特率，實現與單片機的協議對接，從而達到數據傳輸的目的，通過手機APP發出命令，單片機收到命令后，向手機終端響應，控制臺燈工作。如下圖所示：

手機和單片機以藍牙模塊為載體組成一個相互接收和發送的系統，單片機和臺燈組成一個單向傳輸系統。從而通過Bluetooth技術間接的將臺燈與手機相連，利用手機 APP實現臺燈與用戶的互動，通過手機控制臺燈的工作狀態。當人體離開時，超聲波檢測到的距離超過2米時，說明人體已經不再臺燈附近活動，則使臺燈停止工作，當人體再次靠近臺燈時，人體熱釋電傳感器再次觸發中斷，啟動工作。