基于藍牙的51單片機智能控制開關設計

孟毅博,肖玉蘭,張文

（內江師范學院物理與電子信息工程學院四川內江 641110）

1 引言

智能家居是高科技光速發展的現代社會最熱門的話題之一，最終目的是通過網絡等信息化方法實現對家用電器等的智能化控制，使其能夠按照人們的設想去工作運行，但卻不考慮距離的遠近。智能化和遠程控制是智能家居的兩大特色。目前，已經有越來越多的企業和個人開始了對智能家居的研究。隨著網絡通信技術的發展，特別是藍牙通信技術的發展，智能家居系統可提供遙控、家電控制、照明控制、室內外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制及計算機控制等多種功能，使生活更加舒適、便利和安全。電子科技的發展已經極大地優化了人們的生活，基于單片機與移動通信技術的藍牙無線家電開關控制系統已經逐步在高端住宅場合得到了推廣和應用并取得了一致的好評。

2 工作原理

單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/O)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。此智能家居控制系統以51單片機為核心，通過藍牙通信技術，把傳感器實時采集到的數據反饋給智能手機終端控制平臺。智能手機控制平臺分析、處理收到的反饋數據，通過藍牙通信技術返回給51單片機相應的指令信息。51單片機接收和解析指令，利用電路和各元器件(計數器、信號發生器等)發出相應的電平信號。電磁繼電器接收給定的電平信號，并做出響應，控制智能家用電器的開啟或關閉，從而實現家用電器的自動控制。

系統的遙控是利用藍牙模塊，用戶可通過手機APP實時查看家用電器的狀態，從而實現遠程控制。

圖1 原理圖

3 無線通信技術

在現代通信技術中，居民住宅使用的無線通信技術大多以藍牙通信和WiFi通信為主。相比較兩種無線通信技術，WiFi的信號更穩定、傳輸距離更遠、適用范圍更廣，但在智能家用電器開或關的使用過程中，運用WiFi的話會比較麻煩，手機要不定時的連接不同的WiFi網絡，才能夠對智能家用電器進行遙控，但藍牙能很好地彌補這一問題，手機可同時連接藍牙和WiFi，這就能使智能家用電器實現穩定的、可靠的多點控制[1]。

本設計基于藍牙通信技術，以51單片機為核心。藍牙模塊采用工業級HC-05藍牙模塊完成手機藍牙指令的接收和通信，然后和單片機控制電路之間通過串口通信電路完成數據的傳輸。單片機控制單元通過解析所接收到的藍牙指令，然后對相應的家用電器開關進行開啟和關閉的操作。

圖2 藍牙模塊電路圖

4 系統設計

4.1 硬件電路設計

4.1.1 單片機系統電路 考慮到經濟性和控制精度需求，系統的硬件設計使用51單片機。該單片機擁有4KB的Flash存儲器、32根I/O線外部存貯器，2個16bit的定時器/計數器、5個中斷源、2個中斷優先級和全雙工串行口，完全滿足本設計的控制需求[2]。另外，51單片機在電子設計中有大量的應用途徑，穩定性較好，價格適中，兼容性好。單片機最小系統電路圖3所示。

圖3 單片機最小系統電路圖

4.1.2 驅動電路 驅動電路作為整個智能家居控制系統的重要組成部分，通過接收單片機控制單元對藍牙指令解析之后而發出的命令，來實現智能家居的開關控制。因此，它是不可或缺的一部分。對于驅動機制的選擇，有三種不同的方法，雙向可控硅、三極管、電磁繼電器。

（1）雙向可控硅：雙向可控硅是一種性能較好的功率開關，擁有很大的驅動能力，可用于交流無觸點開關使用。雖然雙向可控硅反向導通，但容易擊穿，故必須使雙向可控硅能承受這種反向電壓。

（2）三極管：三極管可作為無觸點開關，具有電流放大的作用，可以用于功率放大。但大多數情況是使用其直流開關的功能，而且其反應靈敏可以達到100KHz，擁有很好的靈敏度。

（3）電磁繼電器：電磁繼電器是用小電流、低電壓控制大電流、高電壓的擁有自動開啟或關閉的功能的“新型開關”，并且擁有電氣隔離、轉換電路、安全保護、自動調節等功能[3]。

經過比較分析，三種方法都是利用小電壓控制大電壓。三極管適合于做直流開關使用。雙向可控硅可反向導通，但容易擊穿。從而，我們選擇使用電磁繼電器。電磁繼電器控制電路采用弱電控制強電的控制原理，單片機通過控制繼電器的斷開和吸合來控制外接家用電器的通斷。具體控制電路如圖4所示。

圖4 繼電器控制電路

圖5 程序流程圖

4.2 軟件設計

單片機和手機都是通過藍牙模塊之間進行信號交換，需要編寫單片機程序和軟件程序，由單片機、藍牙模塊和繼電器來組成系統控制體系，如圖5所示。

啟動手機控制平臺（APP）并進行初始化（復位）操作。啟動家電終端藍牙模塊，指示燈為紅色（未匹配藍牙）。手機藍牙與家電終端藍牙模塊進行對接完成藍牙匹配，指示燈變為綠色。使用手機智能控制平臺發送“開”指令給家用電器（如空調、窗簾、熱水器等），家電終端藍牙模塊接受并解析指令，通過串行通信把數據傳輸到單片機。單片機獲悉數據，產生相應的電平信號控制繼電器，使得家用電器通電工作[4]。

5 結語

本設計以51單片機為核心，結合HC-05藍牙模塊和電磁繼電器模塊，通過對單片機的編程設計來組成了一套智能家電控制系統，實現了對家用電器的遠程控制。在這個信息化的社會中，智能化的設備使人們應接不暇，智能家居實現了高效率的住宅設施與家庭日常事務的管理系統，提升了家居舒適性、安全性、便利性、藝術性，并實現了環保節能的居住環境，這不僅提高了人們的生活效率也改善了生態環境，可謂是一舉兩得。本方案在設計的過程中遇到過硬件故障和軟件出錯等許多問題，通過找尋和翻閱文獻資料，然后互相討論，最終完善了本設計。舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志，智能家居控制系統能夠在不改變任何家電的情況下，對家里的電器、燈光、電源、家庭環境等進行方便的控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現代生活。