藍牙技術(shù)
智能溫控風(fēng)扇設(shè)計
藍牙數(shù)據(jù)傳輸智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計
本文設(shè)計的藍牙數(shù)據(jù)傳輸智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)是由2塊STC15F2K60S2單片機分別作為主控制器、從控制器，采用體溫傳感模塊作為溫度采集器件，HC-05主從一體藍牙串口模塊發(fā)送接收風(fēng)扇檔位信息，通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度與系統(tǒng)檢測到的體溫的比對，完成風(fēng)扇電機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)以及自動啟停，并通過三極管控制風(fēng)扇電機的運轉(zhuǎn)。并將風(fēng)扇檔位、預(yù)設(shè)的溫度、檢測到的體溫同時顯示在LCD1602上。
一、智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)整體設(shè)計思路
利用體溫傳感模塊采集人體溫度并輸出電壓數(shù)據(jù)給主控制器（STC15F2K60S2）進行A/D轉(zhuǎn)化及計算，在LCD1602上顯示當(dāng)前人體溫度值、預(yù)設(shè)溫度限值及風(fēng)扇檔位。其中預(yù)設(shè)溫度限值和檢測到的當(dāng)前人體溫度都可精確到小數(shù)點后兩位。通過主角色藍牙發(fā)送檔位給從角色藍牙，直流風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速通過控制器（STC15F2K60S2）根據(jù)檔位采用PWM脈寬調(diào)制方式來變動。系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度限值通過三個按鍵改變，第一個移動改變限值對應(yīng)的位置，第二個提高預(yù)設(shè)限值，第三個降低預(yù)設(shè)限值。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框如圖1所示。
二、藍牙智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計方案
本設(shè)計要用藍牙的無線短距離傳輸智能的完成風(fēng)扇電機的溫度控制，通過采用溫度變化分辨率較高且性能穩(wěn)定的換擋停機控制部件，實現(xiàn)風(fēng)扇電機根據(jù)人體溫度的變化自動改變轉(zhuǎn)速及啟停。
（1）溫度傳感器的選擇：溫度傳感器采用體溫傳感模塊，該模塊體積小，與主控制器連接只需一個采集口，加上電源正、負兩個腳共三個腳就能工作。人體只要觸摸到其探頭，該模塊就能采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過主控制器A/D轉(zhuǎn)化及計算后能精確到小數(shù)點后兩位。
（2）控制器的選擇：控制器采用兩塊STC15F2K60S2單片機分別作為主控制器、從控制器，通過軟件編程的方法進行體溫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、計算和比較，同時通過主角色藍牙在其串口輸出檔位信號。STC15F2K60S2單片機內(nèi)含2048字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)存儲器RAM，性能高，工作電壓低，不需外部晶振，單片價格實惠，適用于本文的設(shè)計系統(tǒng)。
（3）顯示器件的選擇：本設(shè)計采用LCD1602液晶顯示屏顯示溫度、設(shè)置限值、檔位。該液晶顯示屏能夠顯示16x02即32個字符，功耗極低，顯示的數(shù)據(jù)明確醒目，顯示程序的編寫也相對簡單，不僅可以顯示數(shù)字而且還能顯示字符甚至圖形，同時其顯示字符美觀。
（4）調(diào)速方式的選擇：本設(shè)計采用單片機軟件編程來實現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）的調(diào)速方法。最常用的就是矩形波PWM信號，在控制電機的轉(zhuǎn)速時，通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比實現(xiàn)調(diào)速，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快。通過采用軟件延時方法，實現(xiàn)高、低電平延時時間與I/O口電平循環(huán)變動得到PWM信號。
（5）無線傳輸器件的選擇：無線傳輸器采用兩塊HC-O5主從一體藍牙模塊作為無線傳輸?shù)钠骷?。該模塊可設(shè)置主從模式，進行主、從角色間的連接及發(fā)送接收。HC-O5主從一體藍牙模塊操作簡單，功耗低，通信距離10米以內(nèi)，適合本設(shè)計。
三、智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)軟件設(shè)計
程序設(shè)計有主控制器、從控制器兩部分：
3.1主控制器程序流程圖(如圖2所示)
3.2從控制器程序流程圖(如圖3所示)
四、智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)軟件調(diào)試
（1）按鍵顯示的調(diào)試：根據(jù)本設(shè)計編寫的系統(tǒng)程序：程序的按鍵接口采用主控制器的P2.5、P2.4、P2.3口，LCD1602顯示數(shù)據(jù)口采用P0口，RS端接P4.5口，RW端接P2.7口，E端接P2.6口，從而完成按鍵功能及LCD1602的顯示。通過編譯未出錯，進而把接口改為仿真調(diào)試的接口，LCD1602能正常顯示預(yù)設(shè)溫度上下限值、檔位及程序給定的溫度。按鍵功能也實現(xiàn)了，當(dāng)按下設(shè)置鍵時，光標(biāo)閃爍，再按下加、減鍵時也能對光標(biāo)閃爍中的數(shù)進行加一、減一，再按下設(shè)置鍵，光標(biāo)右移（光標(biāo)移動的位置有8個），對溫度的上下限進行修改。
（2）體溫傳感模塊采集部分的調(diào)試：由于體溫傳感模塊的集成化，調(diào)式極為簡便。其高精度、低功耗、小體積的特性為實現(xiàn)控制電機的高穩(wěn)定和高精度提供了可能。采用主控制器P1.4口為模擬輸入口，由于需要對輸入的模擬信號進行AD轉(zhuǎn)化和處理才能顯示體溫，因此需要增加體溫轉(zhuǎn)化程序。通過軟件程序設(shè)計完成對人體溫度的持續(xù)檢測，LCD1602會顯示到溫度的百分位部分。將該模塊接入電路，LCD1602會顯示一溫度，但這并不是環(huán)境溫度，本設(shè)計中該模塊只能檢測人體溫度。待人將手指捏?。ɑ蛉梭w其他部位接觸）該模塊的探頭后，LCD1602能顯示當(dāng)前檢測到的人體溫度。
（3）風(fēng)扇電機調(diào)速電路的調(diào)試：本設(shè)計采用兩個三極管驅(qū)動風(fēng)扇直流電機。軟件設(shè)置了P0.0口輸出不同的PWM波形給兩個三極管來驅(qū)動風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)動。軟件設(shè)定根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波得到不同的占空比來控制風(fēng)扇電機，占空比越大檔位越高。程序?qū)崿F(xiàn)了P0.0口的PWM波形輸出，當(dāng)人體溫度低于下限溫度時，風(fēng)扇自動停止轉(zhuǎn)動（0檔）；當(dāng)人體溫度高于下限并低于中限溫度時，風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)動（1檔）或是自動開始轉(zhuǎn)動；當(dāng)人體溫度高于中限并低于上限時，風(fēng)扇中速轉(zhuǎn)動（2檔）；當(dāng)人體溫度高于上限時，風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動（3檔）。
本設(shè)計系統(tǒng)的風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速可進行四級調(diào)速，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的上下溫度限值與體溫傳感模塊檢測的溫度的比較，完成轉(zhuǎn)速變換。在程序中改變從控制器接收的檔位信息，風(fēng)扇電機能實現(xiàn)對應(yīng)檔位的調(diào)速。
（4）主、從角色藍牙電路的調(diào)試：主控制器將現(xiàn)得出的檔位與上一次比較，若檔位發(fā)生變化，則通過主角色藍牙把變化的檔位發(fā)送給從控制器，從角色藍牙接收主角色藍牙發(fā)出的檔位信息，然后傳給從控制器，當(dāng)有檔位給從控制器時，從控制器將輸出與檔位對應(yīng)的PWM波。在主控制器側(cè)產(chǎn)生檔位（可通過LCD1602的顯示得知），然后用串口助手連接從角色藍牙，可得到一致的檔位信息，再將從角色藍牙接入從控制器電路，風(fēng)扇電機也可實現(xiàn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
五、智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)硬件調(diào)試
5.1按鍵顯示的調(diào)試
系統(tǒng)按鍵部分實現(xiàn)了以下功能：按下設(shè)置鍵即接主控制器P2.5口的按鍵，進行溫度上下限值的設(shè)置（進行LCD光標(biāo)移動并閃爍）；按加鍵即P2.4口的按鍵，實現(xiàn)了光標(biāo)閃爍的值加一；按減鍵即P2.3口的按鍵實現(xiàn)相應(yīng)值的減一。若按鍵時間過長，光標(biāo)不是移動一位，而是增加二位，主要原因是按鍵的去抖動延時時間過長，可將對應(yīng)的按鍵去抖動延時時間適量增加作為改進方法。
本設(shè)計實現(xiàn)了LCD1602可顯示溫度上下限值、檔位及人體溫度，溫度上下限值能根據(jù)不同的需求通過按鍵進行調(diào)整，且LCD1602的顯示效果很好，很穩(wěn)定。
5.2體溫傳感模塊溫度采集部分的調(diào)試
將體溫傳感模塊的AD口通過方形排母間接接在主控制器的P1.4口。方形排母在主控制器的右側(cè)四口即為體溫傳感模塊的AD、GND、DC、VCC口，可將模塊直接插在該排母上。系統(tǒng)調(diào)試中為驗證模塊是否能在主控制器板上工作，將人的手指捏?。ɑ蛏眢w其他部位）該模塊的探頭，即可發(fā)現(xiàn)LCD1602顯示的數(shù)值也隨著變化，待穩(wěn)定后即為檢測到的人體體溫，由此驗證了該模塊能在系統(tǒng)板上正常工作。由于該模塊只有4個引腳，因此在調(diào)試過程中因注意其各個引腳的對應(yīng)位置，以免將其接反導(dǎo)致模塊不能工作甚至燒毀模塊。
5.3風(fēng)扇電機調(diào)速電路的調(diào)試
由于調(diào)速電路的設(shè)計中主要在于軟件設(shè)計，所以外圍的驅(qū)動電路只是簡單的將傳輸來的PWM信號放大進而驅(qū)動風(fēng)扇電機轉(zhuǎn)動。當(dāng)人體溫度高于系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度下限值時，電機開始轉(zhuǎn)動，由于人體的溫度較恒定，不會發(fā)生太大的變化，因此風(fēng)扇電機的檔位也不會發(fā)生過于頻繁的變化。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速會隨著檔位的切換而變化。將手指（身體其他部位）離開體溫傳感模塊的探頭時，發(fā)現(xiàn)檢測的溫度先增大然后減小直到穩(wěn)定，原因是該模塊本身電路的設(shè)計，不過這變化的時間很短，并不影響該系統(tǒng)的性能。
六、智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)功能
（1）系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：本設(shè)計可實現(xiàn)單片機系統(tǒng)檢測人體溫度的變化，根據(jù)體溫變化，通過無線藍牙傳輸檔位信號來控制風(fēng)扇直流電機的啟停和調(diào)速。通過單片機輸出不同的占空比，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速；還可通過按鍵預(yù)設(shè)不同的溫度上下限值，再根據(jù)設(shè)置的溫度限值與檢測到的人體溫度的比較調(diào)節(jié)檔位來控制電機轉(zhuǎn)速。當(dāng)體溫低于預(yù)設(shè)溫度下限時，電機停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)體溫高于預(yù)設(shè)溫度下限時，單片機P0.0口輸出不同占空比的PWM信號，從而調(diào)控風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)還能動態(tài)的顯示當(dāng)前人體溫度、設(shè)置溫度限值及檔位。
（2）系統(tǒng)功能分析：系統(tǒng)總體上由主控制器側(cè)、從控制器側(cè)兩大部分組成。主控制器側(cè)由五部分組成，既主控制器（單片機）、LCD1602顯示電路、體溫檢測模塊體溫采集電路、獨立按鍵電路、主角色藍牙連接電路；從控制器側(cè)由三部分組成，即從角色藍牙連接電路、從控制器（單片機）、風(fēng)扇電機調(diào)速電路。人體溫度檢測模塊中的體溫采集電路是整個設(shè)計系統(tǒng)的首要部分。首先要檢測到體溫，才能用主控制器與溫度限值比較得出檔位，從控制器通過檔位信號來控制直流風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速；接著是主、從角色藍牙連接電路，該部分使用主從角色藍牙間的通信。主控制器的檔位信號通過主角色藍牙發(fā)送給從角色藍牙，進而傳給從控制器；再次是風(fēng)扇電機驅(qū)動電路，這部分通過外圍電路將從控制器輸出的PWM波放大輸出，不同的PWM波得到不同的電機轉(zhuǎn)速。電路設(shè)計采用兩個三極管完成較好的控制效果；最后LCD1602的動態(tài)顯示電路實現(xiàn)了設(shè)置溫度限值、人體溫度及風(fēng)扇電機檔位的顯示，還有獨立按鍵可根據(jù)不同的需求實現(xiàn)溫度限值的調(diào)整。
總結(jié)
設(shè)計的本系統(tǒng)以單片機為控制元件，根據(jù)體溫傳感模塊檢測到的人體溫度與設(shè)置溫度限值的比較得出檔位，通過藍牙間的無線傳輸來傳輸檔位，在一定距離內(nèi)實現(xiàn)了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)的設(shè)計可推廣到家庭的風(fēng)扇電機控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的的智能控制調(diào)節(jié)，亦可實現(xiàn)人體溫度的監(jiān)測（特別是小孩及老人群體）。
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