一種基于藍牙的智能家居控制系統的硬件設計

◆劉 軍 鐘 毅 劉天成 許景生

一種基于藍牙的智能家居控制系統的硬件設計

◆劉 軍 鐘 毅 劉天成 許景生

（湛江幼兒師范專科學校 廣東 524084）

本文以 STC89C52型51單片機作為核心處理器，設計出一個具有溫濕度檢測、OLED顯示屏顯示、火災報警、電子密碼鎖門禁、藍牙遠程檢測控制的最小智能家居控件的硬件系統，系統整體運行可靠而且實用。

藍牙；智能家居；硬件系統

智能家居是把居家生活的各部分有機地結合起來，實現統籌管理，使用電子計算機技術、無線控制技術及互聯網技術等把居家的家電使用一個大的系統組合起來統一控制管理[1]，實現居家生活的無人化、智能化，讓人們的生活更加便利、舒適、安全[2]，讓人們的個人空間更加充足，可以更好地安排自己的時間，提高人們的生活品質[3]。

智能家居所追求的理念就是，將居家的各種信息類的通信設備、家用電器和居家安防裝置通過家庭總線技術（HBS）集成到一個信息智能化系統上進行集中或者遠程的檢測、控制以及居家生活性的管理[4]，并且盡量做到居家生活設施與家庭生活環境的協調，從而實現智能家居的控制[5]。

本文設計的硬件系統從以下7個模塊實現。

1 核心控制模塊

核心控制模塊是以STC89C52單片機作為核心處理芯片，主要進行的是對各個模塊的數據采集和功能控制，這款單片機使由STC公司生產的C52系列單片機，芯片功能比較強大，屬于89C51單片機的增強版，STC89C52單片機與80C51單片機控制引腳完全一樣，而且操作指令也完全相同兩者互相兼容。STC89C52單片機擁有比89C51單片機更大的程序存儲內存，而且內存使用了Flash工藝，在程序設計上可以設置更加豐富的功能，程序錄入還有調用速度會更加快捷。

本控制中心的原理為：（1）通過運行設計好的功能代碼，檢測計算溫濕度模塊采集到的溫濕度狀態，會觸發控制OLED顯示計算好的數據。（2）控制檢測火焰傳感器的狀態，一旦達到軟件設定好的觸發點，就觸發蜂鳴器發出聲音進行警告。（3）控制門禁系統模塊，進行家居安防功能的控制與實現。（4）通過手機遠程控制，實現手機終端遠程監控居家。STC89C52單片機核心控制模塊的原理圖如圖1所示。

圖1 核心控制模塊

2 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測的硬件設計直接使用溫濕度體感器，將溫度加測還有濕度檢測集合在一起。整個檢測模塊小板制作，小板PCB 尺寸為3.2cm*1.4cm，擁有3個輸出接口插針可以與直接與單片機IO口相連，硬件制作的使用即插即用，節省很多制作時間。

溫濕度采集模塊代替室內溫度計，可以檢測室內實時的溫度變化，還對濕度進行實時檢測，可以在第一時間掌握到室內的溫濕度情況，功能實用性非常強，在夏天時通過溫濕度采集模塊可以知道室內的溫度變化，在適當的時候打開空調讓室內的溫度降下來。溫度檢測模塊原理圖如圖2所示。

圖2 溫度檢測模塊

3 屏幕顯示模塊

屏幕顯示部分使用一塊OLED顯示屏，主要是用來進行居家控制系統的數據顯示，大小為0.96寸OLED顯示屏，厚度非常薄，由有機發光材料加上玻璃基板構成，可以進行全彩顯示，通過使用電流控制有機材料進行發光，它是自發光顯示屏，不加電源的情況下OLED顯示屏是沒有任何反應的，OLED屏幕比普通LCD屏幕更加節能。

OLED顯示屏使用溫度范圍較大，在-40~70度的溫度條件下可以正常工作，具有顯示視角大，響應速度快等優點。顯示模塊共有7個控制口，通過插針直接連上控制模塊進行使用。顯示模塊的原理圖如圖3所示。

圖3 顯示模塊

4 火災報警模塊

火災報警功能模塊使用火焰傳感器模塊加上蜂鳴器組成，火焰傳感器就可以靈敏的檢測到異常火源的出現，及時地發現火情，然后通過蜂鳴器發出蜂鳴聲發出警告，整個火災報警模塊雖然制作簡單，但是十分必要。

火焰傳感器的尺寸大小3.2cm*1.4cm，小板空間相對較小，擁有4個輸出接口插針可以與直接與單片機IO口相連，即插即用可以節省很多制作時間。火災報警模塊中的火焰傳感器還有蜂鳴器的原理圖如圖4所示。

圖4 火災報警模塊

5 藍牙遠程控制模塊

藍牙控制功能是通過手機遠程控制，連接到家居控制系統上，實現手機終端遠程監控居家，使用外部串口連接，通過設計插針連接到單片機的控制引腳上，如圖5所示。

圖5 藍牙遠程控制硬件設計

6 密碼鎖模塊

密碼鎖功能為了加強居家安全。居家控制系統安全鎖硬件使用矩陣式數字按鍵密碼鎖，矩陣式按鍵密碼鎖設計簡單，模塊小巧，其功能相對強大。矩陣按鍵有八個引腳，使用插針的方式把矩陣按鍵連接到單片機的控制引腳上，實現手動鍵入密碼解鎖的方式解鎖。密碼鎖的硬件的原理圖6所示。

圖6 密碼鎖的硬件設計原理圖

7 最小系統設計

最小系統就是由電源電路、時鐘電路、復位電路三部分組成的。電源電路是用來提供單片機的穩定直流電壓。時鐘電路是控制單片機系統的振蕩頻率，時鐘電路的可以由石英晶晶振的片內振蕩器提供，也可以由外部時鐘驅動器件提供。復位電路由51單片機由晶振實現，使用復位電路避免頻繁進行系統斷電。本次居家控制系統的復位方式設置成按鍵復位的方式。最小系統的原理圖如圖7所示。

圖7 最小系統設計

8 小結

本文主要介紹一種基于藍牙的智能家居控制系統的硬件設計部分，通過每一個功能模塊的硬件的功能，展示部分功能模塊與核心控制部分的硬件聯系和工作控制方式。其中溫濕度檢驗、火災報警、門禁密碼鎖、OLED顯示采用外接方式連接到核心控制模塊上，良好的硬件設計可以將各個功能模塊很好的連接起來，發揮各個功能模塊應有的功能。

[1]李東.基于藍牙技術的智能家居研究[J].現代信息科技，2019，3（13）：71-72+75.

[2]王國棟. 基于藍牙技術的智能家居控制系統設計與實現[D].內蒙古大學，2019.

[3]李超杰，佟賀，吳寅昌，唐美玲.智能家居系統的設計與實現[J].科學技術創新，2018（25）：76-77.

[4]樓志坤.智能家居發展現狀及未來發展趨勢分析[J].信息通信，2017（03）：283-284.

[5]于昕梅，彭鶴挺.智能家居控制系統設計[J].電腦開發與應用，2009，22（01）：58-60.

2019年度廣東省普通高校“人工智能”重點領域專項（2019KZDX1047）；湛江幼兒師范專科學校2017年重點課題（中國小家電產業基地（廉江）對智能家居產業人才的需求分析與培養研究ZJYZZD201704）