智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

王 冉，孟 磊

（西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710032）

1 相關(guān)技術(shù)和理論分析

1.1 藍(lán)牙通信

課題組采用HC-05嵌入式藍(lán)牙串口通信模塊，其內(nèi)部原理圖如圖1所示，該模塊具有命令響應(yīng)工作模式和自動(dòng)連接工作模式。當(dāng)模塊處于自動(dòng)連接工作模式時(shí)，將自動(dòng)根據(jù)事先設(shè)定方式連接數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)模塊處于命令響應(yīng)工作模式時(shí)能執(zhí)行下述所有AT命令，用戶可向模塊發(fā)送各種AT指令，為模塊設(shè)定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令。通過(guò)控制模塊外部引腳（PIO11）輸入電平，可以實(shí)現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。自動(dòng)連接工作模式模塊又可分為主環(huán)（Master）、從環(huán)（Slave）和回環(huán)（Loopback）三種工作角色。

圖1 HC-05藍(lán)牙串口通信模塊內(nèi)部原理圖

1.2 顏色識(shí)別技術(shù)

物體的顏色是其表面吸收白光的一部分有色部分，而另一部分反射到人眼的反應(yīng)。德國(guó)物理學(xué)家赫姆霍茲（Helinholtz）的三原色理論提出各種顏色是由不同比例的三原色（紅R、綠G、藍(lán)B）混合而成的，三基色原理如圖2所示。對(duì)于顏色傳感器，當(dāng)選擇一個(gè)顏色濾波器時(shí)，只允許某種特定的原色通過(guò)，而阻止其他原色，通過(guò)改變紅、藍(lán)、綠色光的光強(qiáng)，就可以分析傳感器通過(guò)的顏色。項(xiàng)目小組選用TCS3200顏色傳感器，其內(nèi)部原理圖如圖3所示。

圖2 三基色原理

圖3 TCS3200顏色傳感器內(nèi)部原理圖

1.3 音樂(lè)播放原理

用單片機(jī)播放音樂(lè)是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。設(shè)單片機(jī)的晶振為12 MHz，那么定時(shí)器將在1μs進(jìn)行1次加1，加到65 536會(huì)出現(xiàn)中斷，即可計(jì)算出定時(shí)器定時(shí)半個(gè)周期所需的初值。單片機(jī)發(fā)出不同頻率的方波，就像樂(lè)器發(fā)出不同的音調(diào)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

課題組設(shè)計(jì)的智能家居終端控制系統(tǒng)以單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心控制器[1]，主要實(shí)現(xiàn)智能終端控制界面設(shè)計(jì)、炫麗舞臺(tái)（智能燈）控制、智能音樂(lè)墻控制、智能泳池控制等功能。智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 智能家居控制系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

智能家居控制系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)如圖5所示，主要包括網(wǎng)絡(luò)搜索連接（開(kāi)始搜索）、炫麗舞臺(tái)、音樂(lè)控制界面、智能泳池控制以及生活管家等[2]。

圖5 智能家居控制系統(tǒng)主界面

2.3 各模塊功能及界面設(shè)計(jì)

炫麗舞臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能燈的控制，通過(guò)顏色識(shí)別智能識(shí)別開(kāi)啟燈光的顏色，已實(shí)現(xiàn)紅色、綠色、藍(lán)色燈的開(kāi)關(guān)。音樂(lè)墻實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP開(kāi)啟播放不同音樂(lè)的功能[3]。智能泳池根據(jù)液位及水溫判斷，開(kāi)啟自動(dòng)放水并選擇放熱水還是冷水的功能，智能泳池控制界面如圖6所示。后續(xù)將進(jìn)一步完善生活管家設(shè)計(jì)等功能[4]。

圖6 智能泳池控制界面

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 智能家居控制系統(tǒng)界面軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

如圖5所示，系統(tǒng)開(kāi)啟后首先搜索藍(lán)牙信息，藍(lán)牙連接成功后手機(jī)就和單片機(jī)通信連接成功，進(jìn)而可以通過(guò)手機(jī)APP“浪漫滿屋”控制燈光、音樂(lè)[5]。其智能控制界面軟件設(shè)計(jì)部分代碼如表1所示。

表1 智能控制界面軟件設(shè)計(jì)部分代碼

3.2 顏色識(shí)別模塊軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)顏色識(shí)別TCS3200采用手機(jī)控制的同時(shí)采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示，軟件設(shè)計(jì)先定義顏色識(shí)別模塊、單片機(jī)連接（S2接單片機(jī)P1.0，S3接單片機(jī)P1.1）及函數(shù)聲明，再完成LCD模塊相關(guān)程序、白平衡程序，最后完成顏色測(cè)試、按鍵控制等。其部分代碼如下：

celiang();//顏色測(cè)試

DisplayOneChar(0,0,'R');//以十進(jìn)制顯示RGB中紅色的分值

DisplayOneChar(0,1,rb/100+0x30);//顯示百位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,2,rb/10%10+0x30);//顯示十位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,3,rb%10+0x30);//顯示個(gè)位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,5,'G');//以十進(jìn)制顯示RGB中綠色的分值

DisplayOneChar(0,6,gb/100+0x30);//顯示百位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,7,gb/10%10+0x30);

DisplayOneChar(0,8,gb%10+0x30);

DisplayOneChar(0,10,'B');//以十進(jìn)制顯示RGB中藍(lán)色的分值

DisplayOneChar(0,11,bb/100+0x30);

DisplayOneChar(0,12,bb/10%10+0x30);

DisplayOneChar(0,13,bb%10+0x30);

3.3 音樂(lè)播放模塊軟件設(shè)計(jì)

音樂(lè)播放模塊主要通過(guò)手機(jī)控制音樂(lè)播放，在家居生活中緩解壓力、提高生活品質(zhì)[6]。課題組主要設(shè)計(jì)歌曲《不可說(shuō)》《刀劍如夢(mèng)》《Let it go》的播放。其程序部分代碼如下：

sbit LED4=P1^3; //78歌曲1不可說(shuō)

//不可說(shuō)

uchar code bukeshuo[][2]={{0,4},

{26,12},{31,4},{33,4},{33,4},{29,4},{28,8},{26,2},{24,2},{26,6},{26,4},{21,4},{21,4},{14,8},{14,4},{14,12},{12,8},{16,4},{14,12},{14,8},{0xFF,0xFF}};

//刀劍如夢(mèng)

uchar code daojianrumeng[][2]={{0,4},

{16,12},{23,16},{21,4},{23,4},{21,4},{19,12},{0,8},{19,4},{19,4},{19,4},{18,4},{16,8},{14,4},{16,16},{0,16},{26,4},{28,24},{0xFF,0xFF}};

//Let it go

uchar code Letitgo[][2]={{0,4},

{17,2},{17,4},{17,4},{17,4},{17,2},{17,2},{17,2},{15,2},{13,2},{13,2},{13,4},

,{15,2},{15,2},{0xFF,0xFF}};

if(DART_data==0x31){LED1=0;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//1開(kāi)啟紅毯模式

if(DART_data==0x32){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//2關(guān)閉紅毯模式

if(DART_data==0x33){LED1=1;LED2=0;LED3=1;LED4=1;}//3RGB燈光

if(DART_data==0x34){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//4RGB燈光

if(DART_data==0x35){LED1=1;LED2=1;LED3=0;LED4=1;}//56熱水控制

if(DART_data==0x36){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//56熱水控制

if(DART_data==0x37){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=0;}//78歌曲1不可說(shuō)

if(DART_data==0x38){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//78歌曲1不可說(shuō)

3.4 智能泳池控制模塊軟件設(shè)計(jì)

智能泳池控制有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式，通過(guò)溫度傳感器和液位傳感器將采集到的溫度數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)傳遞到單片機(jī)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)加水和排水功能，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和液位信息[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

課題組所設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的智能控制，已經(jīng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)手機(jī)與藍(lán)牙模塊的連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、音樂(lè)按鍵等的控制。在調(diào)試過(guò)程中因?yàn)槭謾C(jī)型號(hào)不同會(huì)有顯示差異，在顏色識(shí)別模塊測(cè)試過(guò)程中，受光線影響明顯，需要反復(fù)測(cè)試和判斷。通過(guò)對(duì)軟件調(diào)試和硬件測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也為后續(xù)的研究指明方向，可通過(guò)語(yǔ)音控制、自然語(yǔ)言處理、視覺(jué)識(shí)別等人工智能技術(shù)達(dá)到家居控制的智能化[8-9]。