基于物聯網智能家電控制開關的設計

黃景良

摘 要：隨著物聯網的興起，智能家居以其獨有的開放性優勢正在為我們提供更多優質便捷的技術成果。本設計的是基于物聯網的智能家居控制系統的設計，基于智能手機平能，借助于物聯網的藍牙技術，設計和實現了一種無線遙控智能開關解決方案。設計以手機控制平臺、藍牙通訊模塊、驅動模塊等硬件模塊組成的小型智能開關控制家居。文章從通過手機進行控制的角度來進行設計的，介紹了基于物聯網的智能開關控制要實現的功能，接著闡述該系統電路的設計及原理的說明，包括了方案的設計、重要元器件的介紹、電路設計的說明、軟件設計流程以及系統的調試。最后總結了基于物聯網的智能家電開關控制設計完成的任務。

關鍵詞：物聯網；手機藍牙；智能開關

前言

隨著網絡信息的發展、通信技術的不斷進步、國內外消費水平的不斷攀升，網絡通信越來越多的被應用于人們的日常生活中，人們對于生活質量、住宅質量的要求也越來越高。傳統家居設備控制已經不能滿足于當代人們的需求。人們需要更高效、更便捷、更舒適、更安全的生活環境。基于這些對于高品質生活的追求，智能家居的理念應運而生。本著加強家居生活的智能化，滿足高效、便利、舒適與安全的要求，結合嵌入式技術與智能家居相關概念，設計出一套家居無線控制網絡，開關一般是能控制電源通斷的一種元器件。手機藍牙通訊是一種短距離無線通訊技術。本設計是利用手機藍牙來實現無線電燈智能開關工作。在大量的參考資料，進行大量的調試實驗的基礎上，逐步完善設計方案，從而實現了基于物聯網的智能開關控制的設計。

1 基于物聯網的智能控制開關的設計思路

目前利用普通開關來控制電燈開關的方法有：單控開關和雙聯雙控開關。前者只對燈的單一地點控制通斷作用；后者可實現二地可控制電燈通斷作用。人們在日常生活中經常遇到以下情況，躺在床上看書或看電視時，書可以隨手放在枕頭電視可以用手中的遙控器來開關，但是電燈如何方便的控制呢？

現有的常見開關有如下缺點：

（1）不方便；（2）不安全，有時為了方便開關進行私接電線這樣很不安全；（3）控制地點少，最多只能實現兩地控制。

為了解決以上問題，在設計過程中想到了生活中無處不在的無線技術，如無線鼠標、無線耳機、無線路由器、無線收音機、無線遙控器等等，其實無線技術主要有調頻無線技術、紅外無線技術和藍牙無線技術三種。其中藍牙無線技術實際上是一種短距離無線通信技術。說得通俗一點，是藍牙技術使現代一些易攜帶的移動通信設備和電腦設備不必借助電纜就能聯網，其實際應用范圍還可以擴展到各家家電產品、消費電子產品和汽車等家電，組成一個巨大的無線通信網絡。紅外無線技術是設備或者系統通過紅外輻射傳遞數據的一種無線技術。調頻無線技術也最早使用無線電技術。只要利用這三種技術中的一種我們就可以實現無線控制電燈開關了。

2 無線通訊技術的選擇——藍牙

無線遙控開關不能是一個遙控器控制一盞燈，否則遙控器多了就會分不清楚，所以遙控器越少越好，最好是不用專門的遙控器。生活中很多學習型遙控器，又稱拷貝型遙控器，它具有學習功能，可以與學習型控制器自動對碼，直接使用，不需要編碼。學習型控制器可以和其他遙控器一起使用。但即便如此也不方便，因此想到了利用手機做遙控器。只要讓手機發出一個信號，一個小的儀器接收手機發出的信號，馬上輸出一個和原來相反的電平，這樣再帶動一個接觸器，就可以實現開與關的動作。

現在家用無線通訊比較多的是使用wifi和藍牙，wifi比藍牙傳輸距離更遠，也更穩定，運用范圍比較廣。但是針對智能家電和開關論證后發現wifi有一個特點，當手機已經連接上一個又一個wifi網絡時進行下載時，想要連接另外wifi網絡進行關燈遙控就必須要先退出下栽，這比較麻煩。如果利用藍牙就不一樣了，手機可以同時連接wifi和藍牙，并且藍牙還可以實現多點的控制，可以實現無線電視、空調、電飯蝸等等家用電器，優先于現代的電子控制和實用性，故選擇藍牙通訊技術。

3 系統的設計與功能模塊的測試

通過對手機遙控玩具汽車的研究，發現手機藍牙和汽車藍牙進行信息傳輸的模塊是一個叫藍牙模塊的芯片板子。在淘寶網上搜索，發現芯片的型號比較多廠，家也很雜。藍牙模塊按功能可以分成三類：主機模塊、從機模塊、主從一體模塊。主機模塊只能在設置從機模塊時和從機模塊連接，是設置用的。從機模塊是和主機模塊或者PC的藍牙適配器、PDA、藍牙手機等通訊用的。我試驗中選用無線藍牙串口模塊HC-06。

模塊具體用法：

（1）ATUS：藍牙狀態輸出，持續高電平表示數據鏈路已經連通。可以接單片機的IO口來查詢藍牙的狀態。這個STATUSBU不是必須連接的。（2）VCC：電源接口，接5V必須連接。（3）GND：電源負極必須連接。（4）TXD：數據輸出接口，需要連接單片機的數據發送接口，一般單片機IO的名稱為RX或者RXD。（5）RXD：數據接收接口，需要連接單片機的數據發送接口，一般單片機IO的名稱為TX或者TXD。（6）MCLR：主模塊清除配對功能的管腳。一般接單片機的某一個IO，單片機輸出一個500ms的低電平，然后再上拉輸出高電平，實現清除藍牙主機配對信息的功能。從模塊管腳無定義，沒有任何功能。

4 程序設計

單片機和手機是通過藍牙從機模塊進行信號交換的。不僅要編寫一段單片機程序，還要編寫一段軟件程序。這只是解決了單片機（俗稱下位機）的程序。功能按鍵如下，按下s按鈕，p1端口對應的接觸器閉合，本想按下w按鈕才關，但是以上所示按d、a都可以關。

程序如下：

#include{reg51.h

Sbit p0=p2^7；

Sbit pl=p2^6

Unsigned char a；

Void main（）

{

TMOD=Ox20；

TH1=0xfd；

TL1=0xfd；

TR1=1；

REN=1；//開始接收

SM0=0；//8位UART

SM1=1；

EA=1//中斷

ES=1；

While（1）

{switch（a）

{

Case 1：p0=1；break；//s

Case 2：p0=0；break//w

Case 3：p1=1；break：//d

Case 4：p1=0；break：//a

Case 0：p0=0；p1=0；break//STOP

Case 5：p0=1；p1=0；break；//A

Case 6：p0=1；p1=0；break；//B

Case 7：p0=0；p1=1；break；//C

Case 8：p0=0；p1=1；break；//D

}

}

}

Void mhp（）interrupt 8//串口中斷

{

RI=0；

P1=SBUF；

a=SBUF；

}

這段程序的輸出端口只有兩個sbit p0=P2^7；sbit p1=P2^6；也就是一個端口可以接一個繼電器，這段程序可以控制兩盞燈。

5 系統調試

利用keil uVision3軟件編譯，產生相應的.hex文件，STC-ISP-V483.exe軟件進行程序下載。由于單片機開發板上提供了兩個繼電器，應此接線做起來比較方便。圖2所示是單片機開發版的部分電路圖。從圖中我們可以看出只要把J42處的l端和單片機中的2.7端口相接，點擊w或者s按鈕，接觸器就會有動作。

圖3是開發扳和藍牙模塊之間的接線，就這樣打開電腦或者手機上的藍牙，找到AC的藍牙設備，輸入密碼，再打開下載到的那個軟件，點一下軟件上的w按鈕，繼電器有動作，基于實現了利用手機藍牙來無線控制電燈的開關。手機通過藍牙串口助手來操作。

6 結束語

隨著物聯網技術的發展和應用，為家居智能化提供了可靠的技術保障，智能家居具有非常廣闊的市場前景。設想我們只要通過手機，就可以對生活中的各種電氣設備，無論是大型的吊車還是小型的電燈進行無線控制。利用手機藍牙進行無線控制開關，從而實現了手機不僅可以打電話、發短信、娛樂，還可能控制電燈，使得手機又多了一項實用的功能。在本次設計的過程中，我遇到很多問題和困難，每次我都會認真思考和查找資料，和同事討論請教，不斷記錄數據和不斷改善設計，直至完善產品。

參考文獻

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