電器與工具
藍牙空調(diào)遙控控制系統(tǒng)方案開發(fā)
基于藍牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
隨著人們生活水平的提高，空調(diào)已成為生活中必不可少的家用電器。目前對于空調(diào)的控制大多是通過普通的紅外遙控器，僅僅能夠近距離手動控制空調(diào)，無法實現(xiàn)遠程控制，智能化程度不高。并且隨著家用電器的增多，遙控器的數(shù)目也是越來越多，使用時常?；煜?，人們也往往為找不到遙控器而苦惱。因此，一種隨身攜帶，使用方便，能夠控制多種電器的遙控器成為人們?nèi)粘Ｉ畹钠惹行枰?br/>
藍牙技術(shù)作為一項開放的全球統(tǒng)一的短距離無線通信協(xié)議標準，在家電聯(lián)網(wǎng)上具有天然的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢體現(xiàn)在：（1）藍牙提供方便快捷的無線連接，節(jié)省大量電纜；（2）藍牙設(shè)備功耗低，最大不過100mW；（3）藍牙抗干擾能力強，保證各個家電之間互不干擾；（4）藍牙芯片的成本相對較低。
因此，本文提出基于藍牙技術(shù)的空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。該系統(tǒng)采用單片機模塊實現(xiàn)空調(diào)的紅外遙控，并在單片機模塊上增加藍牙模塊，實現(xiàn)與Android手機的通信，而Android手機作為主控界面，發(fā)送命令讓單片機模塊執(zhí)行。這樣，用戶只需一部Android手機，便可實現(xiàn)對空調(diào)的控制，具有廣泛的市場應(yīng)用價值。
一、空調(diào)遙控系統(tǒng)總體框圖
系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，包括以下三個模塊。
（1）手機終端控制模塊：分為藍牙搜索，藍牙命令匹配輸出和按鍵操作主界面三大子模塊。藍牙搜索負責(zé)搜索周邊藍牙設(shè)備并配對連接；藍牙命令匹配輸出負責(zé)將按鍵操作主界面的操作生成對應(yīng)的命令并發(fā)送給藍牙模塊；主界面是主要的操作界面，包括藍牙設(shè)備選擇，按鈕操作以及命令發(fā)送情況等。
（2）藍牙模塊：該模塊與單片機相連，負責(zé)被搜索鏈接和將從手機發(fā)送過來的命令轉(zhuǎn)發(fā)給單片機，是手機終端控制模塊與單片機模塊通信的橋梁。
（3）單片機模塊：該模塊的功能是對藍牙模塊傳過來的命令做出響應(yīng)，將接收到的空調(diào)開關(guān)或調(diào)溫命令發(fā)送給紅外發(fā)射模塊，當溫度進行調(diào)節(jié)時負責(zé)將調(diào)節(jié)后的溫度數(shù)字顯示在數(shù)碼管屏上。
二、藍牙空調(diào)遙控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
2.1硬件電路設(shè)計
本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以單片機(STC89C52)為核心，與之相連的電路主要有以下七個部分：藍牙模塊電路、紅外發(fā)射電路、存儲電路、電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路和顯示電路。該硬件電路主要由發(fā)送、接收兩部分電路組成。由編號為J1的藍牙模塊接收到手機端的控制信息，發(fā)送給單片機進行處理，處理完后交給紅外發(fā)射模塊執(zhí)行。其中，S1、S2、S3、S4是4個獨立式按鍵，分別控制空調(diào)開、關(guān)、加溫、減溫；S5是復(fù)位按鍵，復(fù)位的主要作用是把特殊功能寄存器的數(shù)據(jù)刷新為默認數(shù)據(jù)，單片機在運算過程中由于干擾等外界原因造成寄存器中數(shù)據(jù)混亂不能使其正常繼續(xù)執(zhí)行程序（稱死機）或產(chǎn)生的結(jié)果不正確時均需要復(fù)位，以使程序重新開始運行；U3元器件是數(shù)碼顯示管，實時顯示調(diào)節(jié)的溫度；D1，D2是2個指示燈，綠燈亮起表示電路已經(jīng)通電，紅燈閃爍一次表示執(zhí)行了一次控制命令；D3是紅外發(fā)射頭，負責(zé)發(fā)射控制空調(diào)的紅外波。下面主要介紹藍牙模塊電路和紅外發(fā)射電路。
（1）藍牙模塊電路：藍牙模塊采用的是HC-06模塊，它是主從一體化的藍牙串口模塊，主從可指令切換，指令豐富齊全，使用簡單。
（2）紅外發(fā)射電路：由NE555集成電路和外圍電路構(gòu)成。NE555為8腳時基集成電路，屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率的脈沖訊號。其中，元件D3代表紅外發(fā)射頭，Q1是PNP晶體管。PNP晶體管的發(fā)射結(jié)要正偏，基區(qū)的電壓要比發(fā)射區(qū)的電壓要低，而集電極要使多數(shù)載流子空穴通過，集電區(qū)的電壓要比基區(qū)的要低。與單片機連接時只需將該模塊的引腳４與單片機的P3.4（T0）相連，發(fā)送單片機產(chǎn)生的指令。
2.2軟件設(shè)計
軟件設(shè)計包括單片機和手機端軟件設(shè)計。單片機軟件設(shè)計比較簡單，主要是將串口接收到的四個指令：空調(diào)開機，空調(diào)關(guān)機，加溫，減溫轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?yīng)的紅外發(fā)射按鍵碼。首先，單片機和手機端協(xié)議好0x01指令代表加溫，0x02指令代表減溫，0x03指令代表空調(diào)開機，0x04指令代表空調(diào)關(guān)機。然后，單片機根據(jù)串口接收到的指令產(chǎn)生相對應(yīng)的按鍵碼。最后，由紅外發(fā)射電路發(fā)射按鍵碼來控制空調(diào)動作。
手機端軟件設(shè)計借助于手機app—藍牙串口助手，在操作界面的按鈕點擊生成響應(yīng)的操作指令發(fā)送給藍牙串口模塊。
三、空調(diào)遙控系統(tǒng)調(diào)試和效果圖
系統(tǒng)要真正的運行起來，并達到預(yù)期的要求，調(diào)試是必不可少的。上電測試是調(diào)試的關(guān)鍵，應(yīng)該按照模塊測試的思想，分模塊測試系統(tǒng)。首先測試供電電源部分，看電源的提示燈是否點亮。然后測試系統(tǒng)的供電，上電后檢測有無器件發(fā)熱現(xiàn)象，若有應(yīng)立即斷電，若沒有，再進行個元件的檢測。之后再檢查單片機的各部分功能是否正常，復(fù)位鍵能否使用，是否達到復(fù)位效果。同時要檢查晶振是否起振。本系統(tǒng)的調(diào)試過程中，最主要的困難在于紅外發(fā)射模塊的調(diào)試。發(fā)射時，原來的方案是使用定時器T0做38kHz的載波，用定時器T1作為計數(shù)器使用來控制高低電平的脈寬。而在調(diào)試過程中，卻沒實現(xiàn)，總是不能產(chǎn)生調(diào)制信號。分析原因可能是定時器T0進入中斷過于頻繁，而定時器T1中斷優(yōu)先較低，使T1不能正常工作。隨后改成延時函數(shù)來控制高低電平的脈寬，才實現(xiàn)紅外調(diào)制。
調(diào)試成功后，進行了測試，測試結(jié)果如下：（1）遙控距離在10m附近信號仍然較強，操作響應(yīng)和數(shù)據(jù)更新時間在1s內(nèi)；（2）可隔著墻壁或木板鐵板等其他障礙物進行遙控，操作響應(yīng)和數(shù)據(jù)更新時間在1s內(nèi)，不受手機指向影響；（3）在高于4.0不同版本的Android手機上均可正常運行。
總結(jié)
本系統(tǒng)通過Android手機實現(xiàn)對室里空調(diào)的遙控功能。該系統(tǒng)選用藍牙模塊進行無線通訊，充分發(fā)揮藍牙無線傳輸速度快，距離遠，不受障礙物干擾的優(yōu)點?？刂平K端安裝在手機上取代傳統(tǒng)的遙控器，省去找遙控器的麻煩。手機方便隨身攜帶，可隨時調(diào)節(jié)溫度，大大便捷了人們的生活，該技術(shù)在智能家居中具有很好的應(yīng)用前景。
由于設(shè)計中沒有對空調(diào)進行任何改裝，所以單片機控制板只能放在空調(diào)外面，以后可以考慮將控制板安裝在空調(diào)內(nèi)部，不影響空調(diào)外部美觀。最新的藍牙4.0控制范圍最大可以超過100m，而且速度、抗干擾能力、延時、安全性能等方面都有極大的提高，這將極大地促進智能空調(diào)，以至于智能家居的發(fā)展。
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