一個智能藍牙LED燈的開關控制系統的設計

王玉婷 張建鵬 邱勝海 袁浩棟 孫琦 趙煜

摘 要：傳統的家居控制存在手動控制慢，實時性差，無法遠程控制的缺陷。文中描述了智能家居的發展情況，針對LED燈開關控制存在的不足，提出一種基于STC89C51RC單片機與LED燈開關控制電路的集成方案，利用Android及藍牙技術實現LED燈的遠程開關控制。實踐表明，該控制系統具有快速、方便及可靠的特點。

關鍵詞：智能家居；LED ；STC89C51RC單片機；Android；藍牙

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）01-00-02

0 引 言

隨著科技的快速發展與人們生活水平的不斷提高，智能家居[1]的概念逐漸進入公眾的視野，使得人們可以通過類似手機、平板等外部設備實時對家居進行查看控制，營造了更加舒適便捷的生活環境。智能家居是社會信息化發展的重要組成部分和表現形式，引導著家居產業朝著智能化、綠色化、標準化的方向發展。本系統是針對智能家居照明系統進行的設計。從節能環保角度考慮，選用能耗低，生命周期長，用料環保的LED燈具；對于信息的傳輸，采用藍牙——一種短距離的無線通訊技術，通過無線網絡來實現數據、命令等的雙向傳輸；結合發展實際，為實現智能家居照明系統的內部程序設計，選用操作簡單，成本相對較低且實用性強的C51單片機。這些應用不僅能夠帶來更好的用戶體驗，而且能夠節約能源，降低成本，保護環境。

1 LED燈智能控制原理

本系統采用STC89C51RC單片機制作一個藍牙開關LED燈的系統[2]，通過藍牙通信模塊與Android智能手機相連接，再利用所開發的App控制三個LED燈的開關，從而實現對燈的智能開關控制，無需到固定的開關處進行開燈及關燈的手工操作。智能手機可以同時控制三個LED燈，且這三盞燈的開關互不影響、相互獨立。其通信示意圖如圖1所示。

2 智能控制系統的方案設計

2.1 智能控制系統的硬件設計

硬件設計分為單片機選擇設計、藍牙模塊的選擇設計、其余元器件的選擇設計三部分。具體描述如下：

（1）單片機的選擇

選用STC89C51RC單片機，STC89C51RC是采用8051核的在系統可編程芯片（In System Programming，ISP），最高工作時鐘頻率為80 MHz。供電系統[3]采用集成式穩壓模塊LM7805，該模塊具有成本低、轉換率高的特點，適用于小項目的制作，穩壓范圍為6～12 V，用此設計可以搭配六節干電池以及2 s/3 s的鋰電池模塊進行供電，可移植性較強。如果需要外接5 V大功率用電器，可以采用LM2596S模塊。

（2）藍牙模塊的選擇

選用HC-06藍牙模塊，其工作電壓為3.3 V，無線接收發射頻率為2.4 GHz，體積為27 mm×13 mm×2 mm，模塊內置8 M Flash，功能強大，用戶可定制軟件，適用于各種藍牙設備，藍牙模塊技術可參考文獻[4]。

（3）其余元件選擇

控制系統的元件包括10 μF電解電容、10 kΩ色環電阻、1 kΩ色環電阻、DIP40單片機插座、22 pF瓷片電容、11.0592 MHz晶振、7 cm×9 cm萬孔板、2.5 mm排針、自復位按鍵、DC 5 V的電源座、DC 5 V的USB電源線、LED電源指示燈、3個LED發光二極管、焊接跳線、4.7 kΩ排阻、杜邦線、導線、1 kΩ色環電阻、焊錫絲。

控制系統硬件電路如圖2所示，其中含有晶振模塊和復位模塊。復位模塊由4腳按鍵加1 μF的電解電容和10kΩ的上拉電阻組成，當按下開關的瞬間，該模塊以一個較長的時間段給單片機復位管腳一個高電平，使單片機內部程序重啟，防止程序跑飛，保證系統安全、穩定。晶振模塊由11.0592MHz的晶體振蕩管和2個震蕩電容組成，電容的取值范圍一般為22 pF～30 pF，目的是給系統一個持續穩定的時鐘頻率[5]。該模塊需要接單片機的特定管腳，如復位模塊需要接單片機的RST管腳，否則無用。此外，晶振電路需接特定的晶振管腳。

2.2 智能控制系統的軟件設計與實現

系統由單片機控制部分和Android系統的App組成。用戶可以通過Android系統的App對LED燈進行無線控制，同時單片機控制部分執行該指令[6]。控制系統流程如圖3所示。

用戶打開Android手機程序界面，系統顯示如圖4所示。打開手機藍牙，連接到單片機藍牙模塊，通過手機界面控制LED燈的開關，完成控制系統的測試。該系統智能控制的實現通過C語言編程，在Keil C51環境下完成程序的編譯和調試，通過燒錄軟件將程序燒錄到單片機中。

3 結 語

基于Android的智能LED開關遠程控制系統具有穩定性好、成本低、操作簡單的特點，給用戶帶來更便捷、舒適的生活體驗，大大豐富了人們的生活，提高了人們的生活質量。目前系統處于可在一定范圍內控制LED燈的階段，而對于遠距離控制LED燈的開關，則尚未實現，還有待于進一步的研究。

參考文獻

[1]李剛.智能家居的現狀及發展趨勢[J].中國新通信，2016，18（19）：67.

[2]馬大堅，鄭勝平，馬才華.基于Android控制智能臺燈的設計[J].電子世界，2016（12）：43.

[3]覃光鋒.智能藍牙開關控制器的硬件設計[J].裝備制造技術，2016（10）：31-34.

[4]康習勇.藍牙技術在智能家居中的應用研究[D].沈陽：遼寧工程技術大學，2005.

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

[6]胡越，周騰鶴，梁東升.基于藍牙的安卓平臺智能燈控制系統設計與實現[J].物聯網技術，2016，6（5）：14-16.

[7]王佳欣.基于藍牙4.0智能開關控制系統的設計與實現[J].物聯網技術，2016，6（6）：99-101.

[8]張德喜，鄭琳.基于單片機的聲光開關控制系統的設計與實現[J].電子測試，2016（4X）：17-18.