基于藍牙的安卓平臺智能燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

胡越 周騰鶴 梁東升

摘 要：面對當前普通燈功能過于簡單、不便使用、缺乏個性的問題，文中采用當下流行的藍牙技術(shù)作為通信方式，并利用單片機實現(xiàn)對LED燈的控制管理，同時結(jié)合安卓平臺開發(fā)技術(shù)設(shè)計手機客戶端，最終設(shè)計了基于藍牙的安卓平臺智能燈控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對LED燈的遠程開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)功能。

關(guān)鍵詞：智能燈；單片機；藍牙；安卓

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）05-00-03

0 引 言

藍牙技術(shù)是當前世界應(yīng)用最為廣泛的通用無線傳輸技術(shù)之一。它不僅具有安裝簡單、通用性好、應(yīng)用靈活的特性，同時還可以集成到芯片上，使設(shè)備具有極高的便攜性。因此藍牙技術(shù)具有很強的市場競爭潛力，可以廣泛應(yīng)用到移動設(shè)備領(lǐng)域中。

憑借其開放性的巨大優(yōu)勢，安卓平臺在設(shè)備開發(fā)應(yīng)用中廣受歡迎。安卓平臺允許開發(fā)者根據(jù)自己的喜好和應(yīng)用需求，設(shè)計出具有不同特色的實用軟件。同時，安卓平臺還能夠適配多種硬件開發(fā)平臺，對于硬件開發(fā)門檻要求低，極大地方便了用戶對其進行相關(guān)的開發(fā)研究。此外，憑借其巨大的優(yōu)勢，安卓平臺在當前開發(fā)平臺領(lǐng)域中呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。因此在本設(shè)計中采用安卓平臺進行本項目的設(shè)計開發(fā)。

C51單片機具有其它平臺無可比擬的高時效性和強操控性。由于其具有集成度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、操作簡單的特點，所以C51單片機實用性非常強。此外，C51單片機還具有價格低廉、體積小巧、高度產(chǎn)品化的特點，其應(yīng)用市場范圍非常廣闊，擁有無限的市場潛力。結(jié)合其無可比擬的優(yōu)勢，本文設(shè)計的簡易智能燈具有遠程控制燈的開關(guān)和調(diào)節(jié)燈的亮度的功能。這些功能都將極大地提高用戶使用的便捷性，提高了用戶的快捷使用體驗。

1 智能燈控制系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計的難點包含兩個方面。其中，安卓App設(shè)計的難點在于要調(diào)用手機藍牙串口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。為了盡量減少不必要的功能按鈕，用兩個按鍵實現(xiàn)LED燈的遠程控制開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)。其創(chuàng)新點是采用最少的按鍵（兩個）實現(xiàn)了開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)。本設(shè)計硬件部分的難點是單片機對8個LED燈的開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)。其創(chuàng)新點是采用液晶顯示屏顯示當前亮度的比例，方便使用者看到當前亮度的強度。

1.1 系統(tǒng)方案

在本課題的設(shè)計方案中，分析本設(shè)計中的藍牙LED燈所要實現(xiàn)的功能要求，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實條件的需要作出其它方面的設(shè)計。系統(tǒng)方案示意圖如圖1 所示。當用戶使用該系統(tǒng)時，可以在安卓手機上對手持客戶端進行操作，其命令指令通過藍牙功能與單片機系統(tǒng)中的藍牙模塊進行通信并傳輸指令，再通過單片機實時控制LED燈動作，最終實現(xiàn)對LED燈的遠程開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)控制。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計示意圖

1.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。當用戶使用時，通過手持安卓客戶端對LED燈操作，發(fā)送有關(guān)命令指令，手持客戶端軟件根據(jù)用戶操作命令依照參考表生成對應(yīng)的狀態(tài)字數(shù)據(jù)，以便單片機能夠讀取數(shù)據(jù)并能快速執(zhí)行命令。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 智能LED燈系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計的智能LED燈的硬件設(shè)計部分主要由手持安卓客戶端和單片機控制設(shè)計兩部分組成。手持安卓客戶端部分實現(xiàn)用戶對LED燈的遠程操作控制，單片機控制設(shè)計部分實現(xiàn)對用戶指令的執(zhí)行。

手持安卓客戶端的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。本著減小客戶端系統(tǒng)文件體積的大小，有效降低軟件編譯過程的復雜度，加快手持客戶端軟件在實際應(yīng)用中運行速度的目的。因此，在手持安卓客戶端的設(shè)計結(jié)構(gòu)中只包含硬件管理模塊和燈具控制功能模塊。

圖3 手持安卓客戶端的設(shè)計結(jié)構(gòu)

本設(shè)計采用通用性極高的C52系列單片機芯片。圖4所示為最常用的STC89S52RC單片機最小系統(tǒng)電路示意圖，其中包含著最基本的外接晶體振蕩電路和單片機復位電路。本系統(tǒng)為了增加趣味性，采用8顆彩色LED燈作為控制光源。此外，在本設(shè)計中采用6200芯片提供恒流電流，為LED燈提供驅(qū)動電流，并且6200芯片還具備PWM調(diào)波控制功能，通過控制波特率實現(xiàn)LED燈的亮度調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)設(shè)計中的通信模塊采用常見的HC-06系列藍牙芯片，該芯片價格低廉，工作性能穩(wěn)定可靠。通過Protues仿真軟件對其進行硬件設(shè)計仿真，得到了如圖5所示的系統(tǒng)硬件電路。

圖4 STC89S52RC單片機最小系統(tǒng)電路示意圖

結(jié)合Keil4單片機開發(fā)軟件編寫單片機執(zhí)行代碼，結(jié)合調(diào)整PWM的占空比實現(xiàn)對LED燈的亮度調(diào)節(jié)，編寫了本設(shè)計要求的LED調(diào)光調(diào)色程序。編寫的代碼不僅支持8個LED燈實時的開關(guān)控制，還能根據(jù)用戶命令實時調(diào)整8個LED燈的亮度大小。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)最終實現(xiàn)的功能主要包括遠程控制LED燈的開關(guān)、遠程控制LED燈的不同亮度調(diào)節(jié)等實用功能。在經(jīng)過反復多次的校驗調(diào)整測試后，本文設(shè)計的智能LED燈的遠程控制系統(tǒng)基本能夠達到預(yù)先要求的設(shè)計目標。通過多次的實際現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)本控制系統(tǒng)具備實時控制能力強、穩(wěn)定性高、簡易方便的特點。

3.1 實時控制能力強

本系統(tǒng)使用C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制中心，采用藍牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，通過單片機實時處理數(shù)據(jù)，從而使得整個系統(tǒng)獲得現(xiàn)場實時處理信息的能力。

3.2 穩(wěn)定性高

設(shè)計本系統(tǒng)時應(yīng)用的藍牙數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、安卓編程開發(fā)技術(shù)、以單片機為核心的控制管理系統(tǒng)都是當前流行的技術(shù)，都具有廣泛的開發(fā)基礎(chǔ)和良好的資料來源。同時由于安卓本身具有的開放性使得開發(fā)相對簡單，穩(wěn)定性相對較高，不易出現(xiàn)掉線、連不上的情況。

3.3 簡易方便

本系統(tǒng)通過藍牙技術(shù)進行數(shù)據(jù)連接，避免了布置實體線路所產(chǎn)生的布局問題，實現(xiàn)了在一定范圍內(nèi)遠程控制LED燈開關(guān)的目的。在控制LED燈的手持安卓客戶端上采用交互體驗相對較高的界面，可以達到控制LED燈亮滅、亮度調(diào)整以及其它多種組合的控制效果。而且整個操作控制相較于其它產(chǎn)品使用起來更加方便。手持安卓客戶端程序基于Eclipse開發(fā)環(huán)境。圖6所示為手持客戶端藍牙連接單片機時的用戶界面，圖7所示為手持安卓客戶端控制單片機相關(guān)電路實現(xiàn)8個燈全亮的效果圖。

圖6 設(shè)計的安卓程序界面

圖7 實現(xiàn)效果圖

4 結(jié) 語

本文設(shè)計的智能燈控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的實際需求實現(xiàn)對LED燈的遠程開關(guān)及亮度調(diào)節(jié)，為提高人們的生活質(zhì)量，改善人們的使用體驗提供了一定的實用意義。在保證低廉的成本、較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性、良好的實時控制性的前提下，該系統(tǒng)初步達到了一般人對普通燈具的基本控制要求，同時具備了簡單易用、便于攜帶的優(yōu)點。隨著安卓開發(fā)技術(shù)和嵌入式技術(shù)開發(fā)的大力推廣，以及相關(guān)技術(shù)不斷推新改革，相信本系統(tǒng)在今后的升級中能夠進行更多的擴展。通過藍牙模塊或者無線網(wǎng)絡(luò)模塊與其它智能燈連接，組成智能燈控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，憑借IP分組技術(shù)，進一步實現(xiàn)對更多智能燈的智能控制，從而使人們的日常生活變得更加豐富多彩。

參考文獻

[1]王宜懷.單片機原理及其嵌入式應(yīng)用教程[M].北京：北京希望電子出版社，2002

[2]陳小龍.新型8位單片機M68HC08[J].電子產(chǎn)品世界，2002（3）：60-61.

[3]陳軍，蕭蘊詩 ，岳繼光，等.一種基于M68HC08和DS1280 的溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].微型機與應(yīng)用，2003，22（12）：19-21.

[4]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第三版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[5]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6]單成祥，牛彥文，張春.傳感器設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[7]竇振中.單片機外圍部件實用手冊輸出通道器件分冊[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[8]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[9]閻石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[10]張一斌，余建坤.單片機原理課程設(shè)計[M].長沙：中南大學出版社，2009.

[11]萬隆，巴奉麗.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2010.

[12]馬淑華，王鳳文，張美金.單片機原理與接口技術(shù)（第二版）[M].北京：北京郵電大學出版社，2007.

[13]陳威.基于單片機的電子密碼鎖的設(shè)計[D].杭州：浙江科技學院，2009.

[14]高炎萃，武一，都鑫，等.基于單片機的電機保護裝置設(shè)計[J].四川理工學院學報，2010，23（1）：102-104.