智能藍牙開關(guān)控制器的硬件設(shè)計

覃光鋒

（廣西機電技師學院，廣西柳州545005）

智能藍牙開關(guān)控制器的硬件設(shè)計

覃光鋒

（廣西機電技師學院，廣西柳州545005）

設(shè)計采用STC89C52單片機芯片制作一個智能藍牙開關(guān)控制器實現(xiàn)智能家居，通過安卓手機安裝APP軟件控制5組開關(guān)的開和關(guān)。當用戶通過具有藍牙APP的安卓手機向藍牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，藍牙模塊接收信號后通過串口通信把信號傳送給單片機，單片機接收信號處理后控制相應(yīng)繼電器的開關(guān)從而實現(xiàn)開關(guān)的通斷。它可由多部手機控制，而不像傳統(tǒng)遙控開關(guān)只有一個固定的遙控器，并且該設(shè)計具有一鍵開啟所有開關(guān)和一鍵關(guān)閉所有開關(guān)的特點。特別是該設(shè)計使用具有安卓系統(tǒng)的手機安裝APP作為遙控器使用，保證了智能藍牙開關(guān)簡單的使用界面又降低了設(shè)計成本，對現(xiàn)實家庭生活帶來很大的便利。

STC89C52；控制器；智能家居；藍牙開關(guān)

隨著人類生活的不斷提高，越來越多的人對日常生活的信息化、智能化和高效化的要求不斷增高。傳統(tǒng)的家居開關(guān)都是采用有線方式，這樣就存在著布線繁雜、安裝成本過高、更新線路困難、安全隱患過大、擴展性和移動性差等問題[1]。怎么樣設(shè)計一個方便使用、效率高、且成本低的智能家居開關(guān)控制系統(tǒng)，為人類提供一個既簡單并且安全和高效的生活條件，使人們充分感受智能藍牙開關(guān)帶來的效率、安全、舒適與便利的生活環(huán)境，這是最近幾年以來人們茶余飯后討論的一個熱點問題。

本設(shè)計對基于藍牙技術(shù)的智能藍牙開關(guān)結(jié)構(gòu)進行了深入研究設(shè)計，采用STC89C52單片機芯片為主控芯片，系統(tǒng)通信采用藍牙無線通信控制開關(guān)的方式，解決了傳統(tǒng)智能家居的一系列不足與弊端。

1　設(shè)計實現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)采用STC89C52單片機制作一個智能藍牙開關(guān)控制器，通過無線藍牙與智能手機通信，利用智能手機上的APP控制5組開關(guān)，任意控制開關(guān)的通斷并且能夠24 h全天運行。替代原遙控器實現(xiàn)遙控功能，遙控器與手機通信距離最遠可達到10 m.

本次設(shè)計通過對要實現(xiàn)的功能進行分析，對多種方案進行客觀、科學的分析后，最終確定本次設(shè)計的設(shè)計方案。系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖

2　方案選擇

（1）主控芯片的選擇。選用傳統(tǒng)51系列STC89C52單片機。傳統(tǒng)STC89C52單片機屬于經(jīng)典的51單片機，運行速度雖然比加強型單片機慢，但該設(shè)計需要處理數(shù)據(jù)不多，主控芯片不需要較快的速度也能輕松完成設(shè)計目標[2]。該單片機應(yīng)用的電路簡單，在本次設(shè)計中只需要幾個基礎(chǔ)功能就能完全實現(xiàn)設(shè)計技術(shù)指標，而且該單片機價格低廉，所以本次設(shè)計選用該芯片作為主控芯片。

（2）藍牙模塊的選擇。選用HC-05藍牙模塊。其工作電壓值為3.3 V，需要增加一個3.3 V穩(wěn)壓電路[3]。其傳輸速率比不上RF-BM-S01藍牙模塊，沒有物體遮擋情況下有效遙控距離大概只有10 m，但這些功能已經(jīng)滿足本次設(shè)計要求，加上該模塊價格相對便宜，所以選擇該模塊作為本次設(shè)計的藍牙模塊。

（3）繼電器的選擇。選用電磁繼電器JQC-3F.其具有用低電壓和弱電流去控制高電壓的特點。雖然其反應(yīng)速度比不上固態(tài)繼電器，在工作時候也會有響聲，但是在本設(shè)計中單片機提供的電壓跟該繼電器工作電壓一樣，且該繼電器能夠滿足設(shè)計要求加上價格相對便宜，所以考慮選用該繼電器。

3　硬件電路設(shè)計

3.1硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2所示，采用AT89C52主控芯片，利用串行通信口對五個繼電器進行控制，通過藍牙信號把單片機與手機建立通信，用戶可通過手機等帶藍牙功能的設(shè)備發(fā)送指令，藍牙模塊接收并且傳輸指令到單片機，單片機接收信號處理后控制繼電器的通斷，手機每發(fā)出一個指令就會有相應(yīng)的聲光提示，更方便用戶知道電路是否正常接收信號。

圖2　硬件系統(tǒng)框圖

由于繼電器同時工作的電流比較大，為了使系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定的工作，這里使用的是工作可靠、穩(wěn)定的7805穩(wěn)壓三極管，把變壓器9 V直流電壓穩(wěn)壓出5 V，給單片機和繼電器提供工作電源，使用AMS1117穩(wěn)壓電路給藍牙模塊提供3.3 V工作電壓。

3.2主控制系統(tǒng)

該設(shè)計采用的主控系統(tǒng)是STC89C52，其具有節(jié)能，性能高的特點[4]。設(shè)計中該單片機P15、P33、P35、P36、P37引腳分別接五個繼電器，P16接到蜂鳴器電路，P20、P21接LED電路，P30和P31分別接到藍牙模塊串口的RXD（數(shù)據(jù)接收接口）和TXD（數(shù)據(jù)輸出接口）上。主控電路圖如圖3所示。

圖3　主控電路圖

3.3藍牙模塊電路

該藍牙模塊使用的是時下流行的串口通信，采用Blue2.0芯片設(shè)計，工作模式是主從工作模式，用戶可以通過軟件或者硬件設(shè)置主從模式。工作在從機模式，電路中設(shè)計有相應(yīng)的藍牙工作指示燈，通過指示燈的亮滅情況，也可以判斷藍牙的工作狀態(tài)，在沒有連接上手機主機的時候，紅燈閃爍，當主機與從機連接上的時候，黃燈長亮，紅燈滅，只有在藍牙模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒臅r候，紅燈才會閃爍。

藍牙模塊的RXD和TXD分別接到STC89C52主控芯片的P30和P31口上。安卓手機藍牙APP端發(fā)出信號的時候，藍牙模塊接收到信號并且處理后發(fā)送數(shù)據(jù)給主控芯片。藍牙模塊電路如圖4所示。

圖4　藍牙模塊電路

3.4繼電器電路

設(shè)計中使用的是工作電壓值為5 V電磁繼電器，型號為JQC-3F，該繼電器內(nèi)部主要由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等部分構(gòu)成[5]。單片機接收到藍牙模塊傳輸?shù)男盘柌⑻幚?，這時候在相對應(yīng)的I0口置低電平，這時候繼電器線圈的兩端通電，這時候繼電器線圈中有相應(yīng)電流的通過，因此產(chǎn)生的電磁效應(yīng)從而可以控制開關(guān)的通斷。繼電器電路如圖5所示。

圖5　繼電器電路

3.5電源電路

該設(shè)計選用7805芯片作為穩(wěn)壓芯片，該芯片的穩(wěn)壓電路如圖6所示，這是一個輸出電壓值為正5V直流穩(wěn)壓電源電路。D6、D7、D8、D9為整流二極管，C6、C7分別為輸入端和輸出端低頻濾波電容，C8、C9分別為輸入端和輸出端高頻濾波電容，一般在應(yīng)用電路中7805都需要配備散熱器，防止芯片過熱燒壞。

圖65　V穩(wěn)壓電源電路圖

該電路圖是輸出直流電壓為3.3 V的穩(wěn)壓電路，其中C3、C4分別并聯(lián)接在芯片的1和2引腳。其穩(wěn)壓芯片的應(yīng)用電路如圖7所示。

圖73　.3V穩(wěn)壓電源電路

3.6聲光提示電路

電路中的蜂鳴器就是通常說的喇叭，常見的電子產(chǎn)品上幾乎都能看見它，其用在有提示、報警、音樂等電路中[6]。因為其工作電流大的特點，單片機的電流很難使蜂鳴器發(fā)出聲音，解決的辦法就是在單片機和蜂鳴器直接增添一個三極管，以此來增大通過蜂鳴器的電流，設(shè)計結(jié)果見圖8電路圖，可以通過提前編寫好的程序向單片機發(fā)送指令控制P16引腳電平的置低和置高來控制蜂鳴器的響和不響。

圖8　蜂鳴器電路圖

LED俗稱就是發(fā)光二極管，也是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，在各種電子設(shè)備上都可以看見它的身影[7]。圖9的作用是向LED提供一個恒定的工作電流，因此要通過一個電路控制通過它的電流，讓LED電流處于正常電流值。

圖9　LED電路圖

4　硬件調(diào)試

智能藍牙開關(guān)控制系統(tǒng)主要由手機藍牙APP軟件、藍牙模塊、單片機、繼電器以及穩(wěn)壓電源電路五部分組成。當硬件從PCB布線到制板焊接安裝完成后首先必須要確保沒有線路故障，線路故障一般指線路開路或者線路短路，往往是由于繪畫或制作PCB板過程中細節(jié)錯誤所造成的，想要排除這樣故障需要認真對比原理圖布局和PCB板布線是否一致，用萬用表檢測線路端子之間是否存在短路或開路的，端子的阻抗是否滿足要求等。

在確定沒有線路故障的情況下，為了保證各個硬件部分能正常進行工作。首先給系統(tǒng)上電，用萬用表測試5 V穩(wěn)壓模塊看輸出電壓是否是5 V；接著用萬用表測試3.3 V.看該模塊輸出端輸出電壓是否是3.3 V.

硬件調(diào)試過程中出現(xiàn)上電下載程序無法下載，這時候用示波器檢測單片機第18引腳，發(fā)現(xiàn)18引腳沒有12 M的脈沖輸出，那么晶振電路沒有起振。這時候用萬用表檢測單片機的VCC和GND有沒有正常5 V的工作電壓，發(fā)現(xiàn)電壓不正常。解決方法就是用烙鐵把PCB電路板附銅線鍍上焊錫，再用萬用表檢測單片機電壓發(fā)現(xiàn)正常，再次下載成功。

在7805沒有加大電容的情況下，如果把繼電器打開到第三個的時候單片機就會自動復(fù)位。這時候用示波器測量就會發(fā)現(xiàn)電平被拉低，所以導(dǎo)致了單片機復(fù)位現(xiàn)象，解決方法就是在穩(wěn)壓電源5 V輸出端那里加1 000 uf的電容。

該設(shè)計下載程序到芯片，經(jīng)過調(diào)試，在無障礙物10 m遙控距離內(nèi)，測試10次，成功率為100%；在有墻阻擋環(huán)境下，4 m遙控距離內(nèi)，測試10次，成功率為80%以上，在平時的家庭生活中有較大的實用效果。

5　結(jié)束語

該設(shè)計經(jīng)過理論設(shè)計、實物制作和應(yīng)用測試，較好解決了房子電路設(shè)計、安裝和使用過程中布線繁雜、安裝成本過高、更新線路困難、安全隱患過大、擴展性和移動性差等問題，對現(xiàn)代家居電路開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計起著很大的啟發(fā)和推動作用。

[1]鄒衛(wèi)華.ZigBee技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2008.

[2]李建華，王清輝.單片機在現(xiàn)代電器上的應(yīng)用研究[J].湖南科技學院學報，2012，（12）：30-34.

[3]劉品，楊潤生.基于DSP的藍牙無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J].移動通信，2009，（20）：21-25.

[4]許姍姍，邢方方.基于嵌入式微處理器的銀行一米線系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012，（02）：189-190.

[5]汪淳.基于虛擬儀器的汽車繼電器電參數(shù)自動測試系統(tǒng)的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2009.

[6]王瑾，袁戰(zhàn)軍.基于單片機的電阻爐溫度報警電路設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（34）：79-80.

[7]蔣蕓，鮑麗莎，曹正東.發(fā)光二極管的特性研究[J].實驗室研究與探索，2007，（06）：30-33.

Hardware Design of Intelligent Bluetooth Switch Controller

QIN Guang-feng
（Guangxi Institute of Mechanical and Electrical Technician，Liuzhou Guangxi 545005，China）

The design uses STC89C52 microcontroller chip to produce a smart Bluetooth switch controller to achieve smart home，through the installation of android mobile phone APP software to control the opening and closing of the 5 groups of switches.When the user through bluetooth app of android phones to send data to the Bluetooth module，bluetooth module receiving signal after through the serial communication to signal is transmitted to MCU，MCU receives the signal processing control the corresponding relay switch so as to realize the switch onoff.It can be controlled by a number of mobile phones，rather than the traditional remote control switch is only a fixed remote control，and the design has a key to open all the switches and a key to close all the characteristics of the switch.Especially the design with android phones and install the app is used as a remote control，ensure the bluetooth intelligent switch simple to use interface and reduce the design cost，bring great convenience to the reality of family life.

STC89C52；controller；smart home；bluetooth switch

TM564

A

1672-545X（2016）10-0031-04

2016-07-12

覃光鋒（1983-），男，廣西興業(yè)人，本科，講師，從事電子技術(shù)類職業(yè)教育。