基于單片機的藍牙無線智能家居控制系統

西北民族大學電氣工程學院 蘇夢夢 張國恒 任有松 江憲長 盧黃城 張語夏

基于單片機的藍牙無線智能家居控制系統

西北民族大學電氣工程學院 蘇夢夢 張國恒 任有松 江憲長 盧黃城 張語夏

設計了基于單片機的藍牙無線智能家居控制系統，通過環境中的溫度、濕度、煙霧等一系列的變化，該系統可以完成通過手機APP提示環境中的變化，物主可以通過手機APP的提醒，及時防備或采取應急策略。通過對智能家居系統的總體構造、硬件組成、軟件設計三個方面進行分析和設計，使得智能家居系統能夠快速準確的完成指定設計要求。經過實驗表明，該智能家居系統能夠完全實現設計要求。

智能；藍牙；傳感器；系統

0 引言

隨著智能手機的日益普及，基于智能手機開發的藍牙技術是理想的無線自動化的核心技術。越來越多的無線智能家居被應用到各行各業。基于單片機的智能家居控制系統是建立藍牙無線通信來方便用戶控制智能家居設備和讀取家里如溫度、濕度等各項環境參數。用戶對家中各智能設備的控制信息通過手機軟件編輯成控制代碼后，由手機APP通過藍牙與智能家居控制終端建立連接完成對各家庭設備的控制和對各家庭參數的讀取和控制。

1 設計要求及實現功能

根據設計要求，系統提供了包括了單片機核心控制模塊，藍牙串口通信模塊，OLED顯示屏模塊，繼電器模塊，Android手機APP，各種傳感器模塊等等。

2 實現目標

2.1 智能環境監測

OLED顯示模塊負責顯示各類數據，當人在家不用手機APP軟件也可以即時看到各類數據。通過各類傳感器模塊的采集更加精準的應對環境變化以做出調整。

DHT11溫濕度采集模塊負責獲取環境的溫濕度度數據，當你呆在自己的房間時，你不知道戶外的溫度，這時候單片機的藍牙無線智能家居控制系統的溫濕度傳感器就會發揮作用，它可以顯示現在戶外的實時溫度，根據這個準確溫度你就來決定自己的穿著，就不會出現外出后才知道穿多或者穿少的尷尬情況。

土壤濕度采集模塊檢測植物的缺水程度并記錄上傳實時數據給控制器（單片機），讓控制器決定給植物澆水的程度。

煙霧檢測模塊該傳感器主要是探測家中的燃氣泄漏情況，一旦有燃氣泄漏會通過無線發出報警并通知授權手機APP。

報警電路的主要功能是關閉用電器防止發生房間緊急情況。當檢測到家中各種環境數據超標，比如煙霧濃度過大時，單片機控制蜂鳴器發出警報30S,通過判斷家庭是否有用戶聽到實行控制，如果判斷的結果是家庭中無用戶聽到，單片機通過控制手機給遠端的用戶手機APP通知實際情況。

光線傳感器負責采集環境的光線強度，方便生活。

聲音傳感器負責采集環境的聲音，營造一個安靜的家居環境。水位傳感器負責監測水位高度，防止水箱的水位超標。

火焰傳感器用于檢測家居的火災情況，防止火災，APP受到數據信息，可以及時去阻止處理，避免損失。

DS1302時鐘模塊可以顯示時間萬年歷，手動按鍵可以設置時間，同時通過手機APP軟件可以藍牙無線給時鐘網絡授時，實現萬年歷的精準同步顯示。

2.2 手機終端a p p

通過用戶對手機進行觸摸發出藍牙信號開關指令，然后傳輸到藍牙模塊上，傳輸給單片機轉換成相應的電信號控制繼電器通斷相關家居的電路，手動按鍵也可以手動控制電器的開關，同時反饋給手機app電器的開關狀態，雙向反饋的設計從而實現多數開關功能。手機APP還能給時鐘萬年歷進行無線網絡校時。

2.3 人體紅外識別

通過檢測模塊檢測是否在家庭中出現可疑的人，如果有可疑人物出現時，手機APP將會發出報警信號。通過報警電路模塊負責向用戶反饋該app危險信息，實現“軟硬結合”，更加智能地進行控制以及智能遙控。

3 成品完成的過程流程

3.1 主機控制器（單片機）芯片的選擇

整個系統控制主芯片選擇C8051F020。該主芯片處理芯片與普通型單片機做比較，具有運行速度快，程序簡單，擴展芯片少，連線比較簡單，資源多，易于升級和后期維護等優點，并且也保證系統的可靠性和穩定性。

3.2 元件在焊接時，應注意的事項

在元器件焊接之前應該先進行元件的正負極的辨別，以防止焊接完成后正負極出問題，造成時間和精力的浪費。在焊接過程中特別注意焊錫的量要得當，焊錫的量過多可能造成電路短路，焊錫的量過少有可能造成虛焊從而形成電路的斷路。

單片機的藍牙無線智能家居控制系統做完以后，理論指導實踐最重要的一步就是調試。調試工作需要很好的耐心。所以在調試過程中必須保持冷靜和智慧，不能一味的悶頭死干，要好好的考慮一下下一步應該如何去做。一個好的智能家居控制系統的調試需要軟硬件結合調試。

3.3 在軟硬件結合調試的過程中應注意以下問題

（1）首先測量一下各點的電壓，由于每個模塊的電壓不一樣，如果不進行測量，可能會造成主芯片和各個模塊的燒毀，可能會造成不可挽回的損失，經過測量電壓后，在進行安裝與調試；

（2）在手工焊接調試時還出現了忘記接上拉電阻造成系統顯示器工作不正常；（3）系統工作之前首先要對藍牙模塊進行測試，保證藍牙模塊能夠實現正常的指令收發功能。

4 系統特色

（1）“一機掌控”的高度統一化系統。

（2）操作簡單，適用于任何人群。

（3）藍牙技術是一項公開的近距離無線連接的技術規范，解決了系統應用時需重新布局布線的煩惱。

（4）該控制系統具有高度完善的性能，相對較高可靠性，相對較低成本，易于安裝、維護、擴充等特點，便于各個用戶的使用和智能家居推廣。

5 系統創新點

（1）在進行系統的硬件電路設計時,系統分為不同的模塊，從而提高了系統電路的通用性

（2）由于該系統電路的無線通信技術和模塊化設計的應用。在進行軟件設計時,遵循。模塊化的設計思想,不但考慮了各模塊功能的實現,而且各個模塊之間的協調性。。

（3）在該系被設計時，C語言被用于程序設計時，單片機和藍牙技術被應用于控制，系統通過藍牙解決了家庭布線布局，并且軟硬件都采用了模塊化設計，從而使系統具有可移植性。

6 結論

設計的這種以單片機為核心的藍牙無線智能家居控制系統，通過智能手機手機APP為控制系統的平臺，智能家居控制系統可以在手機APP上能夠看到溫濕度采集信息、土壤濕度采集模塊、煙霧檢測模塊、報警電路、光線傳感器、聲音傳感器、水位傳感器、火焰傳感器、人體紅外傳感器采集的信息以及時鐘模塊的采集和校準，該系統能夠達到協調、快速、準確的完成指定設計要求。根據多次實驗，基于單片機的藍牙無線智能家居控制系統能夠完成我們預期的目標。

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蘇夢夢（1995—），女，河南人，大學本科，現就讀于西北民族大學。

張國恒，男，西北民族大學教授，碩士生導師。

西北民族大學國家級大學生創新創業訓練計劃資助項目（項目編號：201710742059）。