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1、-基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计毕业论文-第 26 页郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计学生姓名 郝天飞 专业班级 电子科学与技术11-01 学 号 541111010112 院 （系） 物理与电子工程学院 指导教师（职称） 翟凤潇（副教授） 完成时间 2015年05月24 日 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 引言11.2 智能家居研究背景11.2.1 我国家用电器的发展现状11.2.2 智能家居研究的意义22 器件介绍32.1 主控制芯片AT89S5232.1.1 AT89S52的性能32.1.2 引脚说明42.1.3 寄存器
2、42.1.4 存储器62.1.5 片上资源62.1.6 中断源62.2 蓝牙技术72.2.1 蓝牙技术的功能72.2.3 蓝牙技术的通信协议92.2.4 蓝牙技术的应用102.3 步进电机102.3.1 步进电机的工作原理102.3.2 步进电机的驱动系统112.4 其它元器件123 系统设计133.1 硬件设计133.1.1 电源模块133.1.2 主控模块133.1.3 继电器控制模块153.1.4 蓝牙模块163.1.5 步进电机模块173.2 软件设计183.3 实物展示214 系统调试224.1 硬件调试224.2 软件调试225 总结23致 谢24参考文献25附 录26基于蓝牙技术
3、的家庭智能控制系统设计摘 要随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高，传统的家居设备已经无法满足人们的需求，智能家居的发展与应用将成为必然的结果。本设计是一种通过蓝牙设备用手机对家用电器进行控制的系统。设计中采用AT89S52单片机作为主控芯片来进行数据的采集，处理以及各项指令的接收与发送。在主控板上外接蓝牙从模块来接收手机通过蓝牙串口APP发送的指令，这些指令将被发送给核心控制模块，单片机对这些数据进行分析处理之后根据处理结果再进一步对相应的家用电器的运行状态进行控制。本设计成本较低，方便易用，适用于家庭和办公场所，很好的开发了移动互联网的功能，必将有着良好的发展前景。关键词 智能家居/ST
4、C89C52/蓝牙 HOME INTELLIGENT CONTROL SYSTEM BASED ON BLUETOOTH TECHNOLOGYABSTRACTWith the development of science and technology and the improvement of peoples living standards, traditional home device has been unable to meet peoples needs, and development and application of intelligent home will becom
5、e inevitable result. This design is to control the home appliances by phone, with wireless connection of the mobile phone and home appliances. It made use of AT89S52 as the main chip, which is used to collect and process data, and receive and sent commands. The main control module connect a bluetoot
6、h module to receive instruction which is sent by bluetooth serial APP. These instructions will be sent to the central control module, and the microcontroller analysis, process the data and control the corresponding appliances according to the results. The design is low cost, easy to use, and suitabl
7、e for homes and offices. Besidnes, it is a good development of the mobile Internet features. Of course, it will have good prospects for development.KEY WORDS intelligent home, AT89S52, bluetooth1 绪论1.1 引言在现在的社会中，人们的生活水平在不断地提高，对生活品质的关注也越来越多。与此同时，伴随着现代科学技术的发展进步以及互联网技术的广泛普及，家居产品的智能化也越来越受到人们的关注，智能化家居产品进
8、入人们的日常生活中也将是必然的结果。在这样的大背景下，消费者对智能家居产品的兴趣与日俱增，但是市场需要的是性能稳定和价格合理的产品，这也给各个家电设计和制造企业提出了更高的要求。家用电器智能化的发展主要在于控制技术的进步以及这一技术与家电行业的完美结合，这将使得传统的家用电器摇身一变成为有着一定智能化的家居设备，这些智能化家用电器的出现在一定程度上推翻了人们对家用电器的传统认识，让家电行业面貌一新。在现在各个科学领域的技术，例如计算机，电子电气，机电一体化等学科，都飞速发展的时代背景下，智能系统正在不断的与这些学科进行结合与发展。这是因为传统的控制观念与设备功能已经无法满足人们日益增长的物质要
9、求了，而智能化控制系统与传统的控制系统可以有着非常完美的结合，二者优势互补，开创了一个新的纪元，智能控制必将迎来它的发展时代。因此智能家居的研究与应用都是有着相当重大的意义和很高的市场价值的。1.2 智能家居研究背景1.2.1 我国家用电器的发展现状随着科学技术的进步与发展，家用电器也在悄然发生着变化。传统的家用电器有电视机，洗衣机等，新型的家用电器有微波炉，电磁炉等。无论是二者中的哪种类型，它们的科技含量都在不断的提升。这些提升中最为显著的一方面就是它们都使用了非常先进的控制技术，进而将传统的机械式的家用电器升级为具有一定智能化的家用电器。这些改进改变了我们对于家用电器的认识，也使得我们的家
10、居生活变得焕然一新。如图1.1就是一个很好的智能家居控制系统的例子。就目前而言，智能家居产品可以分为两大类：一类是采用电子、电气等前沿技术的先进设备；另一类是能够模拟我们日常生活中的生活经验从而进行模糊推理和控制的设备。随着智能控制技术的发展，不断有先进的智能家居产品涌现出来。例如，研发者把计算机和数控技术结合起来开发出了数控冰箱，具有模糊逻辑思维的电饭煲、全自动洗衣机等。当然，不同的智能家居产品其职能程度不尽相同，甚至即使是同一类的智能家居中不同厂商的产品其智能程度也参差不齐。由此，我们大致可以将智能家居产品分为单项智能产品和多项智能产品。单向智能产品一般是指只有一种模拟人类智能机功能。例如
11、模糊电饭煲可以检测饭量并对其进行一定程度的控制，这只是一种模拟人类智能的过程。电饭煲检测饭量并不是通过重量传感器来检测饭量，因为电饭煲的环境温度过高，无法满足传感器工作的条件。事实上电饭煲是根据饭量多则吸热时间长，吸热图1.1 智能家居控制系统量大这种人的思维来对饭量进行判断的，并根据具体饭量的多少采取不同的控制过程。这种电饭煲就是一种具有单项智能的电饭煲，它采用模糊推理进行饭量的判断，同时使用模糊控制推理对整个煲饭过程进行控制。多项智能产品则是拥有多种模拟人类智能功能的家居产品。最好理解的例如多功能模糊电饭煲则拥有多种模拟人类智能的功能。1.2.2 智能家居研究的意义如今，生活在我们这样一个
12、现代化的城市，许多领域都涉及到了智能二字。随着经济水平的提高，人们对生活品质的要求也越来越高，对生活中接触到的事物特别是家居产品的智能化的要求也越来越高。然而传统的控制观念远远无法满足人们的要求，而智能化的控制理念与这些传统的控制机制的有机结合将会很好的改变这一现状。在现如今计算机技术、电子电气技术等飞速发展的背景下，智能控制特别是智能家居行业必将迎来它的全新的发展时代。2 器件介绍2.1 主控制芯片AT89S522.1.1 AT89S52的性能AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，有8K可编程Flash 存储器1。其实物图如图2.1所示。使用Atmel公司高密度非易失性存
13、储器技术制造，图2.1 STC89C52实物图与工业80C51产品指令和引脚完全兼容，这使AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用2。其主要性能如下：1、与MCS-51单片机产品兼容；2、8K字节在系统可编程Flash存储器；3、1000次擦写周期；4、全静态操作：0Hz-33MHz；5、三级加密程序存储器；6、32个可编程I/O口线；7、三个16位定时器/计数器；8、8个中断源；9、全双工UART串行通道；10、低功耗空闲和掉电模式；11、掉电后中断可唤醒；12、看门狗定时器；13、双数据指针；14、掉电标识符。2.1.2 引脚说明AT89S52单片机可为众多嵌入式控制应用系统提
14、供灵活有效的解决方案。 AT89S52具有8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路3。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止4。其引脚排布如图2.2所示：图2.2 引脚排布图2.1.3 寄存器对于AT89S52单片机来说，并不是所有的地址都被定义了，片上没有定义的地址都是不能用的。在对地址进行读取的时候，一般都是获取一个随机的数据，并且之
15、后都无法再对这些地址进行数据写入。对于那些未定义的地址用户不得对其写入数据“1”，因为这些寄存器可能会被附加一些新的功能，在复位后这些位都将变为“0”。 定时器2寄存器：寄存器T2CON和T2MOD包含定时器2的控制位和状态位5。定时器2的控制位和状态位如表2.1和表2.2所示。表2.1 定时器2的控制位TF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL276543210表2.2 定时器2的状态位中断寄存器：IE寄存器中包含有中断允许位，且可设置6个中断源的优先级。双数据指针寄存器：为有利于访问内部和外部数据存储器，系统提供了两路16位数据指针寄存器。特殊寄存器AUXR1中DP
16、S=0选择DP0,DPS=1选择DP1。AUXR：辅助寄存器 如表2.3所示 AUXR 地址：8EH 复位值：XXX00XX0B不可位寻址表2.3 辅助寄存器WDIDLEDISRTODISALE765432102.1.4 存储器MCS-51有单独的程序存储器和数据存储器，二者均可64K寻址。程序存储器：如果把EA引脚连接到GND上，那么程序的读取只可以从外部存储器开始进行。若AT89S52单片机的EA引脚连接到VCC的，程序读写会先从内部存储器开始，再从外部开始寻址。当一条指令访问高于7FH的地址时，CPU是访问高128字节的RAM还是访问特殊功能寄存器由不同的寻址方式决定6。数据存储器： A
17、T89S52有着256 字节的片内数据存储器，其中高128 字节与特殊功能寄存器重叠。即高128字节虽然与特殊功能寄存器有相同的地址，但二者在物理上却是分开的7。2.1.5 片上资源看门狗定时器（WatchDog Timer）WDT是一种需要相应的软件程序进行控制的复位方式。WDT 由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器构成8。WDT计时周期需要依赖于外部时钟的频率。除了复位，没有办法停止WDT的工作。当WDT溢出，它将驱动RSR引脚输出一个高电平。2.1.6 中断源AT89S52单片机有两个外部中断，三个定时中断和一个串行中断。这些中断源都可通过置位使得中断源有效或无效，I
18、E还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断9。AT89S52的中断控制位如表2.4所示。表2.4 中断控制位符号位地址功能EAIE.7中断总允许控制位。EA=0，中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定IE.6预留ET2IE.5定时器2中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器1中断允许控制位EX1IE.2外部中断1允许控制位ET0IE.1定时器0中断允许控制位EX0IE.0外部中断0允许控制位定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值将会一直持续到下一个周期被电路捕捉下来。此外，定时器2还可以被寄存器T2CO
19、N中的TF2和EXF2的或逻辑所触发。在程序进入中断服务之后，这些标志位都可以由硬进行件清0处理。2.2 蓝牙技术2.2.1 蓝牙技术的功能蓝牙是一种功耗相当低的无线技术。蓝牙技术最初被开发出来只是为了以一种无线的方式将手机、电脑、以及各种数字信息部件的外部设备连接起来，从而取代各种繁杂的接口连线，并形成一种个人网络，使得各种资源可以在被连接起来的设备之间实现快速便捷的共享。蓝牙技术拥有非常广泛的应用，可以适用于不同的场合。由于蓝牙设备是通过无线方式而不是有线电缆进行连接的，因此其具有非常优良的可移动性。蓝牙技术的无线传输是通过2.4GHZ的载波来实现的的，可以同时连接多个系统和设备10。此外
20、，设备之间的连接不需要进行任何额外的设置和调试，只要设备之间的距离达到10米（在加大功率后可达到100米）之内，各个设备上加载的蓝牙设备就可以进行自动的连接，从而进行各种数据和信息的自由交换。蓝牙技术这样的特点让人们在使用过程中省去了许多繁杂的设置工作，从而使得整个过程变得非常的便捷。2.2.2 蓝牙技术的特点在各种短距无线数据传输技术中，蓝牙技术有着非常明显的优势。蓝牙技术不仅可以以相当便捷的方式实现数据和语言的交换，并且其成本和功耗都非常的低。如图2.3所示，蓝牙技术不仅可以实现单点和单点之间，还可以实现单点和多点之间的无线连接。这样，不同的蓝牙设备之间就可以将各种信息快速、方便地进行相互
21、之间的交换。在蓝牙实现数据传输的过程中，我们称主动发出数据的为主设备（Master），相对而言，被动接收数据的设备就成为从设备（Slave）。在时分复用的模式下任何1台蓝牙设备都最多可与7台设备通信。在使用蓝牙技术进行数据交换时，不同设备之a)点对点 b )点对多点 c)多个微微网组成的分布网图2.3 蓝牙设备间的连接方式间的主从身份只有在各个设备进行网络连接的过程中才生效，只要设备之间断开连接，那么其间的主从身份关系也就随之被取消。蓝牙技术的主要特点有：射频特性：蓝牙技术工作的频段为全球通用的2.4GHZ频段。在这个频段中不存在权限的归属与使用的问题，也就是说厂家在使用这项技术时不需要申请就
22、可以进行任意的使用。蓝牙技术采用了时分双工的方式来实现双工传输的目的。蓝牙的无限发射机采用FM调制方式，这可以在很大程度上降低设备的复杂性和生产成本。跳频技术：蓝牙技术相对于其他通信技术而言具有非常突出的安全性和抗干扰能力，之所以能够这样的根本原因就是蓝牙技术采用了跳频技术。蓝牙在2.42.4835GHZ这一范围内划分出了79个频点，并可以根据一定的调频序列进行跳频。TDMA结构：蓝牙采用时分复用多路访问技术，其基带传输速率为1Mb/s。蓝牙系统支持实时的同步定向连接和非实时的异步不定向连接。软件的层次结构：蓝牙通信系统采用的是多层次式结构的通信协议。其底层为通用结构，高层则有所不同。从宏观上
23、讲我们可以将软件的层次结构分为非计算机背景和计算机背景。非计算机背景不需要HCI（HostControlInterface）。而计算机背景则需要HCI实现高/低的连接。蓝牙技术这样的特点可以使其拥有非常高地通用性和灵活性。2.2.3 蓝牙技术的通信协议蓝牙技术的技术协议由协议栈所规定。其可分为四部分：核心协议（SDP）、电缆替代协议（RMCOMM）、电话传输控制协议（TSC）和选用协议11。 图2.4 蓝牙协议栈蓝牙协议栈如图2.4所示。蓝牙核心协议由SIG制定的蓝牙专利协议组成。对于大部分蓝牙设备来说，想到正常运行核心协议是必不可缺的部分，其他协议就要根据不同应用而定。总之，各种协议都是在核
24、心协议的基础上相互结合才构成了面向不同应用的协议。根据以上的介绍我们可以很清楚的看到，在蓝牙技术通信协议的基础之上，蓝牙设备所构成的主从网和分散网连接在一起使得蓝牙设备之间可以无条件的对范围内的任何其他设备进行人工或者自动地查询，进而可以实现设备之间数据的相互接收与发送。2.2.4 蓝牙技术的应用居家应用：在家居产品中，厂家通过在其中加装蓝牙设备就可以使得各种家居产品告别设备间繁杂的连接线的烦恼。例如，鼠标、键盘、打印机、笔记本、蓝牙耳机等电子设备均可以通过蓝牙设备在无线状态下使用。这不但可以增加室内装饰的美感，而且还可以为室内装饰增添了更多创意和自由设计的想象空间。此外，通过把移动设备和家用
25、电脑通过蓝牙技术的连接可以把开关设置，状态等信息实时的同步起来，并可以随时的进行相关的设置，用户也可以随时随地的存取最新的信息。由此可见，蓝牙设备不仅可以使居家生活和办公变得更加轻松和便捷，还可以增加许多生活的乐趣。例如，我们可以在下班时就打开家中的空调，在进门之前打开门锁和室内的灯具，我们还可以在30英尺内通过蓝牙设备无线控制和存储电脑或者音乐播放器中的音乐文件等等。此外，蓝牙技术还可以使用在适配器之中，它可以允许用户通过相机、手机或者平板电脑向智能电视发送照片或者视频，并与朋友分享。工作应用：和居家应用相似的是，蓝牙技术的使用使得我们的办公室中不见了那些凌乱的连接线，取而代之的是整洁的办公
26、空间，整个办公室就像一台高效的机器有条不紊的快速运行着。在这样的环境下手机可以和我们的电脑同步和共享各种数据和信息，外围设备可以直接与计算机进行高效的数据交换，公司的职工可以通过蓝牙耳机随时随地的接听电话与他人联系，所有的这些都在无线的状态下运行，不需要任何连接线进行连接。此外，蓝牙技术在办公环境下的运用不仅仅局限于可以让人们告别杂乱的办公环境，它还可以极大程度的提高我们的办公效率。我们可以通过蓝牙设备来为同事或者客户进行相关的演示或者访问一些文件，邮件等。当我们需要进行会议讨论的时候只需要各个会议成员连接到蓝牙设备就可以不受地域限制的开始会议讨论。在会议中所使用的各种演示文稿等也可以随时传输
27、到计算机中，这样可以极大地提高我们的工作效率，节约时间成本。2.3 步进电机2.3.1 步进电机的工作原理步进电机可以接收脉冲信号然后根据脉冲信号的不同作出相应的角位移，其转轴所转动的角度完全由接收到的脉冲次序以及脉冲个数所决定。电机输入的脉冲个数可以控制转动角度，输入的脉冲频率可以控制转动速率12。步进电机的内部结构主要由定子和转子组成。对于定子而言，主要结构就是其内部的绕组，N相电机就又N个绕组。步进电机工作时需要遵循一定的“相序”，所谓相序就是电机内部绕组的通电顺序Error! Reference source not found.。转子的主要结构是磁性转轴，当绕组在相序的作用下按照一定
28、的规律进行通电与断电的时候，转子的周围将会生成一个有规律的变化的电磁场，这个磁场会带动转子进行转动。由于转子总是会趋向于转动到磁阻最小的位置，所以转子将会按照固定的步距角进行有规律的转动，从而带动电机轴的转动。步进电机内部实物图如图2.5所示。图2.5 步进电机内部实物图2.3.2 步进电机的驱动系统步进电机的正常运行需要相应的驱动系统的支持。步进电机的驱动系统包含控制器和驱动器两部分，而二者的连接又分为串行和并行两种不同的控制方式。在串行控制中，控制器中会有脉冲的输出，然后通过脉冲分配器将并行驱动信号进行一定的转换，以达到使各个绕组导通或截止的效果14。由此可见，时钟脉冲的有无决定步进电机的
29、运行或停止，脉冲频率决定电机的运行速率，方向电平决定运转方向。在并行控制中，绕组的导通或者截止由控制器所输出的并行信号直接控制15。在这种情况下将由内部软件程序来取代控制器中脉冲分配器的功能。总的来说，无论驱动系统采用串行控制还是并行控制，脉冲分配器这一部分都是整个步进电机驱动系统不可或缺的。从应用的角度考虑的话，失步和震荡是步进电机的主要限制条件。而步进电机是否可以全效运行的在很大程度上取决于驱动器，负载和电机本身的情况，造成这一情况的主要原因是因为步进电机在大多数情况下的运行方式为开环运行。步进电机的正常运行关键取决于失步和震荡是否可以得到比较好的解决。就失步而言，在很多时候步进电机都会出
30、现失步的现象，例如启动或者停止的时候频率发生突变，高速运行时电机的输入频率超出了电机本身最大运行频率范围，以及电机带动的负载转矩大于电机的启动转矩等等。解决这一问题的一个很有效的方法就是改善驱动器的驱动能力，这样就能够在很大程度上降低步进电机失步的概率。除了失步之外，步进电机的另一个需要解决的问题就是电机的低频振荡。当步进电机改变一次通电状态时转子会转过一个步距角，如果步进电机持续处在一个低频脉冲输入并且电机阻尼较小的时候就会产生一种持续衰减的震荡，在这种情况下转子需要在自由振荡的频率下进行数次震荡之后才能衰减到一个新的平衡位置，最终停止下来。步进电机每输入一个脉冲，转子都可能产生一次震荡。因
31、为转子在每个脉冲输入时都会从转矩跃变中得到一次能量补充，这种能量就是引起振荡的直接原因，二者之间大小成正比。而当这种脉冲的输入频率等于或者接近于电机自由振荡频率时电机会出现严重的低频振荡甚至失步导致无法工作，所以一般情况下不允许步进电机在共振频率下工作。2.4 其它元器件 除了单片机、蓝牙设备、步进电机等器件之外，本设计还使用到了直流电机，继电器和高亮LED等。由于这些元器件较为常见且原理简单，在此就不再赘述。3 系统设计 3.1 硬件设计3.1.1 电源模块本装置由4组4节5号干电池（1.5V）进行供电。由于4节干电池的电压之和为6V，而单片机需要的供电电压为5V，因此电源模块还加装了LM2
32、940稳压芯片进行稳压。LM2940稳压芯片是一款高性能稳压芯片，具有稳压效果明显，发热较小，能够长期稳定工作，以及成本低等特性。由于电池输出的电流不太稳定，在稳压芯片输入与输出端分别需要加装两片104贴片电容，这样使电池输出的电流将会更加稳定，能够满足单片机的供电需求，从而使其正常的工作。电源模块的电路原理图如图3.1所示。图3.1 电源模块原理图3.1.2 主控模块该系统的主控板是由AT89S52单片机设计而成，其电路图及PCB如下图3.2及图3.3所示。该系统的主控板采用AT89S52单片机作为核心控制芯片。AT89S52单片机是51系列单片机中较为经典的一款。与其他51系列的单片机一样
33、拥有51内核、内部定时器、外部中断以及多路的I/O输出口，这些配置足以满足本装置的需求。此外本装置还选取了11.0592MHZ的晶振作为本装置的时钟源，以及增加了复位电路，通过复位电路上电容的充放电效应，同时使其具有上电复位的功能。此外，主控模块还采用了AT89S52单片机的TX和RX两个端口作为蓝牙通讯模块的连接端，它们能够接收与装置中蓝牙配对的手机所发送过来的字符，并由蓝牙将字符传送到单片机内部，单片机根据既定的程序读取该字符，并作出相应的控制。通过控制I/O口的高低电平可以控制外围继电器的断开与闭合，进而控制电器的开关。门锁的动力部分由步进电机提供，步进电机由51单片机的4路I/O口的脉
34、冲共同控制，当单片机接收到开门或者关门的指令后，通过单片机内部既定的程序，精准的控制步进电机的转速和转动时间，使其达到打开或闭合的效果。图3.2 主控板电路图图3.3 主控板PCB3.1.3 继电器控制模块本装置采用了高亮LED以及直流电机等器件用来模拟家用电器，为了通过单片机控制它们的正常运转，设计了如下三种方案，（1）由于用来模拟家用电器的器件对电流要求较高，单片机I/O口的驱动能力有限，于是选择了在单片机的I/O口上加上10K的上拉电阻用来驱动这些器件，但是经过尝试高亮LED灯亮度太弱，直流点击的转速也较低，效果十分不理想。（2）经过方案1的尝试，显然用上拉电阻驱动不了高亮LED灯等器件
35、，于是选择尝试用三极管将I/O口的输出电流进行放大，然后再来驱动高亮LED灯、直流电机等器件。我最终选取了型号为0805的三极管来进行此次尝试，结果发现高亮LED灯的光强比第一次尝试要亮一些但是依然无法满足本装置的要求，直流电机的转速也有所提升，但是与本设计的预期还是有一定的差距，最终此次尝试也以失败告终。（3）经过方案1和方案2的失败经历以后，我决定用电池盒直接为高亮LED灯，直流电机等器件进行供电，并用继电器作为它们的控制开关。将控制端连接到单片机的I/O口上，由I/O的高低电平来控制继电器的断开与闭合，进而可以控制这些器件的开或关。进过此次尝试发现，高亮LED灯的亮度，直流电机的转速，以
36、及各个器件的运转状况都非常理想。最终我决定选用方案3。通过三次的尝试，我们发现只有方案3才可以满足本装置的需求，因为方案1和方案2的供电电流虽然经过放大但是依然无法达到各器件正常工作的电流。而方案3是由电池组直接供电，其电流大小由电池组内的电池决定，而电池的输出电流一般较大不需要进行放大，硬件连接也较为简单，驱动能力不行的时候更换一下电池即可。这使本装置的使用更加方便。3.1.4 蓝牙模块本设计蓝牙模块采用LC-05蓝牙串口模块，该蓝牙模块支持主从一体，可以用AT命令实现主从之间的切换，指令十分丰富齐全，功能也很强大，可以与手机，笔记本电脑等设备进行无线连接。设计中将电路板上的蓝牙模块设置为从
37、模块来接收手机发出的指令，从而进一步的控制各种元器件的状态。蓝牙模块的主要参数如下所示：1） 采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准。2） 2）串口模块工作电压3.3V。3） 工作电流：配对中为30mA，配对完毕通讯中为8mA。4） 休眠电流：不休眠。5） 指示灯颜色：红色。6） 将该模块设置为从机即可。7） 该模块原理图如图3.4所示 图3.4 蓝牙模块原理图3.1.5 步进电机模块3.1.5.1 步进电机本设计步进电机采用的是4相5线制5V步进电机28BYJ48。设计根据步进电机可以精确控制转动角度的特点自制了一个简易门禁锁。通过控制步进电机轴的转动使门锁处于不同的状态，进而达到控制
38、简易门开关的目的。其实物图如图3.5所示。 图3.5 简易门锁模型步进电机主要参数如下所示：1） 直径28mm。2） 工作电压：5V。3） 减速比：1/64。4） 最大空载牵出频率：900pps5） 最大空载牵入频率：500pps3.1.5.2 步进电机驱动本设计步进电机的驱动采用的是ULN2003步进电机驱动板。其驱动电路原理图如图4.2.2.1所示。 图3.6 驱动电路原理图3.2 软件设计本设计软件部分通过单片机输出四路脉冲来驱动步进电机的正反转，其具体程序如下：步进电机正传：void motor_z() uchar i; uint j; for (j=0; j8; j+) /转1*n圈
39、 for (i=0; i8; i+) /一个周期转45度 P1 = FFWi; /取数据 delay(1); /调节转速步进电机反转：void motor_f() uchar i; uint j; for (j=0; j8; j+) /转1n圈 for (i=0; i8; i+) /一个周期转45度 P1 = REVi; /取数据 delay(1); /调节转速接收到字符之后，单片机将接收到的字符暂存到Rcv中,通过判断不同的字符，来控制不同的电器。如果接收到的字符为“1”，则打开或关闭直流电机： if(Rcv=1) Rcv=0; P00=!P00; /直流电机如果接收到的字符为“2”，则打开
40、或关闭排风扇： else if(Rcv=2) Rcv=0; P01=!P01; /排风扇如果接收到的字符为“3”，则打开或关闭高亮LED： else if(Rcv=3) Rcv=0; P02=!P02; /高亮LED如果接收到的字符为“4”，则打开或关闭弱光灯： else if(Rcv=4) Rcv=0; P24=!P24; /弱光灯如果接收到的字符为“5”，则顺时针或逆时针旋转步进电机：else if(Rcv=5)Rcv=0;kaiguan=!kaiguan;if(kaiguan=1)for(i=0;i17;i+) motor_z(); /步进电机 开if(kaiguan=0)for(i=0
41、;i17;i+) motor_f(); /步进电机 关本设计的完整程序详见附录。3.3 实物展示断电效果图：运行效果图：4 系统调试4.1 硬件调试（1）检查电路板焊接是否异常；（2）检查单片机是否运行，晶振是否起振；（3）检查单片机的ISP口是否能够正常下载程序；4.2 软件调试（1）在keil 3的环境下编写简单程序，测试单片机各I/O口输出是否正常；（2）根据各模块的功能编写相应的程序，编译、链接程序，使其生成相应的hex文件； （3）将生成的hex文件下载到单片机内使其运行，根据单片机的实际运行情况改进程序。5 总结通过本次毕业设计，让我了解到更多的有关课外的知识，同时也锻炼了自己的动
42、手实践能力。在整个毕业设计的过程中，让我自己去发现问题，并分析问题和解决问题，让我真正的明白做好一件事需要的不仅仅是知识，还应当具备各方面的能力，查阅资料的能力，利用知识的能力，分析和解决问题的能力以及和他人的沟通能力，自我学习的能力等。经过前期的资料准备以及设计规划构思，中期长时间的软硬件调试和后期的完善工作。本次基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计圆满完成任务，实现了预期的功能：即通过手机蓝牙串口软件发出指令，单片机接收指令，并对其收到的指令作出处理，再将处理结果发送给对应的家用电器，最后家用电器再作出相应的反应，从而达到无线控制家用电器的目的。不过本设计还不算完美，还有许多需要改进的地方。
43、例如：在装置供电方面，由于设备数量略多以及一些元器件对电压电流消耗较大，这使得只靠将室内220V电压转换的5V电压不足以带动整个装置的正常运转。最后不得已采用了多节电池盒对各个装置采取分别供电的方法。此外整个装置在外观上还不够美观，内部的一些需要打胶，焊接的地方等做工有点粗糙，略微有点影响整体观感。在完成毕业设计的这些时间里，我经历了很多困难，很多焦虑，当然还有很多快乐。但值得庆幸的是每一天我都在成长，都有收获。特别是在由一个阶段进到下一个阶段，一个模块进到下一个模块的时候，刚开始都会有一段迷茫和疑惑期，这也应验了那句话：万事开头难。整个毕业设计做下来让我在电子制作方面的水平有了很大的提升，对
44、我有着重大的意义。因为我用心记录着这段日子中的每一天，每一个经验，每一个教训，这些不仅仅局限于一个毕业设计，它们更多的承载着我大学期间最后的记忆，也记录着我的成长，是我以后闯荡社会的资本，是一笔宝贵的财富。致 谢经过了近半年的努力我成功的完成了毕业设计，在这半年时间里我得到了很多老师和同学的帮助，在此我向他们都表示感谢。首先，我要感谢我的指导老师翟凤潇老师，在本次毕业设计的整个过程中她给了我很大的帮助和支持，无论是最初的选题构思，还是中期的电路设计、硬件调试、软件编程再到后期的完善功能和包装加工，他总能提出一些很好的建议和指导。其次，我要感谢我的同学，在我设计思路遇到阻塞的时候他们会和我认真的
45、讨论问题，他们的一些见解和建议有时会给我很大的启发，从而帮我打开思路，解决问题。在这样的过程中也使得我自身分析问题的能力得到了极大的提升。我的毕业设计之所以能够顺利的完成，老师和同学们的帮助是不可或缺的部分。我非常感谢他们的无私帮助。最后，我要感谢在大学四年间家人对我生活和学业上的关怀和支持，宿舍室友们对我的关心和帮助。谨以此献给所有关心和帮助过我的人们！参考文献1 张毅刚，单片机原理及接口技术（C51编程），北京：人民邮电出版社，2011.2 李广弟，朱月秀，冷祖祁，单片机基础, 北京：北京航空航天出版社，2007.3 陈海晏，51单片机原理及应用，北京：北京航空航天大学出版社，2013.4 高卫东，51单片机原理与实践，北京：北京航航空航天大学出版社，2011.5 张桂红，单片机技术，北京：北京邮电大学出版社，2014.6 刘金华，单片机课程设计指导书, 北京：北京理工大学出版社，2010.7 朱永金, 单片机应用技术，北京：中国劳动社会保障出版社, 2012.8 齐向东，刘立群, 单片机控制技术实践，北京：中国电力出版社, 2009.9 王幸之，陈志军，单片机系统设计基础，北京：北京