蓝牙家电控制硬件设计2

1、毕业设计（论文）题目:蓝牙家电控制硬件设计系：专业班级:学生姓名:指导教师:20XX年X月蓝牙家电控制硬件设计摘要随着现代化电子技术和网络技术的飞速发展，现在已经进入了信息化的时代。如今 可以把电子信息技术、自动化控制技术和网络通信技术结合起来应用于家居住宅，于是 出现了智能住宅。在这样的背景下，本文研究智能家居手机控制家电系统，该系统以蓝牙通信技术为 基础，向系统发送命令来达到对家电的控制。关键词：智能家居蓝牙家电控制目录第 1 章 绪论 30第二章Arduino 介绍 342.1 Arduino 平台介绍 34第三章硬件电路设计 373.1 单片机系统电路设计 373.3蓝牙接口电路设计

2、373.4继电器接口电路设计 38第四章硬件实物测试 394.1 硬件实物制作 394.1 硬件实物测试 39第 1 章 绪论随着现代化电子技术和网络技术的飞速发展，现在已经进入了信息化的时 代。如今可以把电子信息技术、 自动化控制技术和网络通信技术结合起来应用于 家居住宅，于是出现了智能住宅。 1984 年，世界上的第一座智能化办公大楼在 美国康涅狄格州哈德福特市建成，由此掀开人类智能家居的第一页。随着信息化、 智能化的普及， 现在人们也希望在家居环境中添加各种智能化 的设备， 能将家电设备、 家居环境因数通过无处不在的网络联系起来。 这也是智 能家居系统的原始构想，智能家居系统是一种网络化

3、、信息化、智能化的系统， 在合适的硬件和软件的组合下， 将家居环境中的设备通过网络实现物物相连的功 能，同时也将家居环境中的各种环境因素也添加到网络中， 满足了人们通过网络 控制家电设备了解家居环境因素的要求， 进而可以满足人们对家居环境更高级需 求，而这些要求是传统家居无法完成的。 智能家居是在原有家居环境的基础， 结 合无线通信技术、智能控制技术、 物联网技术等现代化电子信息控制技术， 实现 家居智能化，提高家居环境的安全性、高效性、舒适性、便利性等。智能家居概 念的提出远远早于手机的诞生，可是发展却远远落后于手机，近年来， 物联网技 术的诞生与发展才促使了智能家居系统相对较快发展， 物联

4、网技术使得家居中的 各种家电设备、家居环境可以相互连接在一起， 实现了家电自动控制功能、 局域 网无线控制功能、远程控制功能、环境监测功能、红外转发功能等。智能家居相 比普通家居最主要的特点就是智能化， 在原始家居的基本功能上引入了核心控制 器，它的主要作用不仅具有传统家居的功能， 还具有信息交互功能， 监控家居环 境内的家电的运行情况以及家居环境， 在用户需要了解家居情况时将信息发送给 用户，按用户的要求去控制家电的运行， 在家居环境异常时自动处理并将报警信 息发送给用户。 物联网技术的诞生与发展解决了智能家居中物物相连的难题， 这 个难题的解决， 使得智能家居在未来必将得到广大用户的期待，

5、 未来的市场将会 高速发展智能家居系统，其应用前景非常广阔。 随着信息化时代的到来，人们 对生活的追求越来越高， 对自身居住的环境也提出更高的要求。 智能家居的出现 就是在人们的这些要求下产生的， 传统的家居只能满足人们简单的居住功能， 对 于除了居住功能以外的一些要求根本不可能实现， 智能家居的出现就是为了满足 人们对自身居住环境的要求， 这也是传统家居与智能家居的根本区别。 早在上个 世纪末期，智能家居的概念就被提出来， 但是由于当时的技术水平很难实现， 智 能家居并没有像预期那样发展起来， 后来随着科学技术的发展， 市场产品出现多 元化的趋势，各类产品标准不一，不能互相兼容，智能家居也没

6、有普及开来。所 以综合智能家居发展的情况来看， 现在有必要研究一种成本低而且兼容性较好的 智能家居系统。1.2 智能家居国内外发展状况智能家居经历了家庭电器化、 家电自动化、家居智能化三个阶段。早期随着 电子技术的发展， 各类家电设备问世， 从而掀起了在传统家居中引入家用电器的 热潮；后来由于网络信息技术的普及， 各类家用电器进入了自动化的阶段， 家居 系统也进入了家电自动化的阶段； 近几年由于物联网技术的提出与发展， 使得智 能家居系统的实现成为可能，世界各大公司也纷纷加入智能家居系统的研究中。 在了解智能家居技术之前， 先必须了解物联网这个概念， 因为现在的智能家居是 在物联网的基础上发展

7、的，物联网是在 1999 年就提出来了，当时叫传感网。物 联网技术就是通过互联网技术、 信息传感技术等来实现物物相连的技术， 它摆脱 了互联网所统治的虚拟化的时代， 使得虚拟化的操作能与实际操作相对应， 促进 了智能技术渗透到我们生活的各个方面，从而使得智能家居技术得到了迅猛发 展。在这里介紹下国内外的智能家居行业发展情况。 国际：智能家居的研发在 国外起步比较早，美国等一些欧美国家一直处于领先地位。近年来， 美国的微软 公司以及摩托罗拉公司等国外著名的大型企业， 先后投入到智能家居系统的研发 中。现在比较知名的有微软公司研发的“梦幻之家” 、摩托罗拉公司的“居所之 门”、 IBM 公司的“家

8、庭主任”等，这些研发的智能家居系统均已占据了家居市 场，亚洲地区如日本、 新加坡等国的一些龙头企业也纷纷加入了智能家居系统的 研发队伍中，对家居市场更是跃跃欲试。 智能家居之所以能受到关注， 除了能构 建快捷、方便、舒适、安全的家居环境外，它还能带动小区甚至是城市的建设发 展，这也是我们未来将看到的智能小区、智能城市。 智能家居系统现在在国外 主要有X-10系统、EIB系统、8X系统。X-10系统主要应用在美国，该系统的主 要特点是利用电力线缆作为网络交流平台， 采用集中控制的方式， 省去核心控制 的设计，缺点是价格昂贵，实施难度大；系统主要应用在德国，该系统采用预设总线及中央控制方式实现对家

9、居环境和家电的控制， 但是对实施工程要求复杂严 苛，而且造价较高； 8X 系统主要应用在新加坡，该系统主要采用总线与集中控 制想结合的方式来实现智能家居的功能，但是系统的架构大，产品价格高。 纵 观国外智能家居的发展， 绝大多数采用的是集中控制， 只有一个核心控制器来实 现多个家庭的智能家居系统， 这样的好处的方便控制， 省去了多家庭多核心控制 器的麻烦，但是缺点是实施难度大、 价格高， 最重要的是不符合我国家电市场多 品牌、功能各异的特点， 采用集中控制方式可能只适合某种固定品牌的家电， 并 不适合所有品牌的家电设备。 国内：智能家居系统在国内起步比较晚，直到上 个世纪末期才正式被提出，但是

10、各方面因素的制约，并未形成较大的规模。 近几 年由于物联网技术的迅猛发展， 智能家居技术才得以发展。 目前国内在智能家居 系统方面比较领先的有海尔公司的u-home,广东数码科技股份有限公司的安居宝等。智能家居在中国的发展经历的四个阶段,分别是萌芽期、开创期、徘徊期、 融合演变期。1萌芽期（ 1990 年-1999 年）我国最早的智能家居系统开始于上世纪末, 新加坡一家公司在中国推出了一款叫“万智能” 的智能家居系统, 它的核心技术 就是通过电脑实现了对一台电视机的关断, 但是当时并没有掀起智能家居系统使 用的高潮, 主要原因是当时电脑还没有普及而且价格高,使用起来不方便。这也 算是中国最早的

11、智能家居系统,也算是在中国智能家居系统的萌芽期。2开创期（ 2000 年-2005 年）这段时期由于电子技术的发展,各大电子厂 商纷纷研发出各式各样的家电产品,形成了家用电器“百花争鸣,百花齐放”的 局面。各大电子公司也纷纷投入到对各类家用电器的管理阶段, 各大厂商希望研 发出一种控制器,能够统一管理家居环境的家用电器。3徘徊期（ 2006 年-2010 年）由于上个阶段家用电器的多元化发展,加上 各类家用电器没有统一的标准, 使得出现的智能家居系统很难适应所有的家用电 器设备,这严重阻碍了智能家居行业的发展, 导致很多智能家居的生产企业纷纷 退出了这一市场。 4 融合演变期 近几年随着物联网

12、技术的发展,智能家 居开始有了迅猛发展, 各类智能家居系统也纷纷出现, 智能家居行业也结束了徘 徊期。目前我国的智能家居市场需求大, 但真正能满足市场要求的产品非常少, 其 主要原因是涉及行业多，包括家电行业、通信行业、电子传感器等，缺乏统一标 准，各个子系统不能统一控制、相互协调，各类家电产品之间不能兼容。第二章 Arduino 介绍2.1 Arduino 平台介绍一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：中央处理单元CPU（进行运算、控制）、随机存储器RAM（数据存储）、存储器R0（程序存储）、输入/输出 设备I/O （串行口、并行输出口等）。在个人计算机（PC上这些部份被分成若 干块芯片

13、，安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中， 这些部份 全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些 单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如模拟量/数字量转换（A/D）和数字量/模拟量转换（D/A）等。实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能， 一个 控制电冰箱温度的计算机难道要用酷睿处理器吗？应用的关键是看是否够用， 是 否有很好的性能价格比。 如果一台冰箱都需要用酷睿处理起来进行温度控制， 那 价格就是天价了。Arduino 是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具。它由一个基 于单片机并且开放源码的硬件平台，和一套为 Ar

14、duino 板编写程序 的开发环境 组成。Arduino 可以用来开发交互产品， 比如它可以读取大量的开关和传感器信号， 并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。 Arduino 项目可以是单独 的，也可以在运行时和你电脑中运行的程序 （例如： Flash ， Processing ， MaxMSP 进行通讯。 Arduino 板你可以选择自己去手动组装或是购买已经组装好的； Arduino 开源的 IDE 可以免费下载得到。Arduino 的编程语言就像似在对一个类似于物理的计算平台进行相应的连 线，它基于处理多媒体的编程环境。 而软件系统就是又做了一个开源的编程环境， 用的不是传统

15、的C,而是一个开放的描述的语言，然后转换为单片机的指令后执 行。对于接触控制的初学者来说很容易上手， 因为用的是成熟的平台， 和简易的 描述语言。对于想做一些小发明，小创作这类的兴趣爱好者来说，学习 Ardiuno 无疑就是最佳选择。有很多的单片机和单片机平台都适合用做交互式系统的设计。例如：Parallax Basic Stamp， Netmedia s BX-24， Phidgets ， MITs Handyboard 和 其它等等提供类似功能的。 所有这些工具， 你都不需要去关心单片机编程繁琐的 细节，提供给你的是一套容易使用的工具包。 Arduino 同样也简化了同单片机 工作的流程，

16、 但同其它系统相比 Arduino 在很多地方更具有优越性， 特别适合老 师，学生和一些业余爱好者们使用：便宜和其它平台相比， Arduino 板算是相当便宜了。最便宜的 Arduino 版 本可以自己动手制作，即使是组装好的成品，其价格也不会超过 200 元。跨平台Arduino IDE 可以运行在 Windows Macintosh OSX 和 Linux 操作 系统。大部分其它的单片机编译软件都只能运行在Win dows上。简易的编程环境 初学者很容易就能学会使用 Arduino 编程环境，同时它 又能为高级用户提供足够多的高级应用。 对于老师们来说， 一般都能很方便的使 用 Proce

17、ssing 编程环境，所以如果学生学习过使用 Processing 编程环境的话， 那他们在使用 Arduino 开发环境的时候就会觉得很相似很熟悉。软件开源并可扩展 Arduino 软件是开源的， 对于有经验的程序员可以对 其进行扩展。Arduino编程语言可以通过C+库进行扩展，如果有人想去了解技 术上的细节，可以跳过 Arduino 语言而直接使用 AVRC 编程语言（因为 Arduino 语言实际上是基于AVR C的）。类似的，如果你需要的话，你也可以直接往你的 Arduino 程序中添加 AVR-C 代码。硬件开源并可扩展 Arduino 板基于 Atmel的 ATMEGA8和 AT

18、MEGA168/328I 片机。Ardui no 基于 Creative Commo ns 许可协议，所以有经 验的电路设计师能够根据需求设计自己的模块， 可以对其扩展或改进。 甚至是对 于一些相对没有什么经验的用户， 也可以通过制作试验板来理解 Arduino 是怎么 工作的，省钱又省事。Arduino基于AVR平台，对AVR库进行了二次编译封装，把端口都打包好 了，寄存器啦、地址指针之类的基本不用管。大大降低了软件开发难度，适宜非 专业爱好者使用。优点和缺点并存，因为是二次编译封装，代码不如直接使用 AVR代码编写精练，代码执行效率与代码体积都弱于AVR直接编译。性能：Digital I/

19、O 数字输入/输出端口 013。Analog I/O 模拟输入 /输出端口 0-5。支持ICSP下载，支持TX/RX输入电压：USB接 口供电或者5V-12V外部电源供电输出电压：支持3.3V级5V DC输出。处理器：使用Atmel Atmega168328处理器，因其支持者众多，已有公司开发出来32位的MCI平台支持arduino 。宣逾钮阍艦门若冲申口新示灯1611 按 I r图2-1 Arduino UNO R3 功能标注第三章硬件电路设计3.1单片机系统电路设计本设计中，单片机能否正常工作，是非常关键的。为此，需要设计单片机最 小系统电路。本设计中，采用的AVR单片机需要正常工作的前提

20、是进行复位电路 和晶振电路的设计。复位电路采用的是一个10K电阻和一个104PF电容实现上电复位，同时还有S1接入，实现按键复位功能；晶振电路选用的是16M的晶振,通过2个22PF的滤波电容进行有效滤波，即可为单片机提供稳定的时钟源。单片机电路如下图所示:?pAREFAT标准下载接口C1345V0.1FLESETPB44：MISO)PB3(MOSDXTAL2XTALIPB2(SS)PBlfOCI)PBCMICP)AREF AVCCPC阿 AIK打AGNDPC4(AIX4)VCCGNDK2(AIK2PCI(ADC1) PCO(ADCO)PDT(AINl) PDAINO)PD4(.TD) PD3Q

21、NT1 PD2(.INrO PDJ(TXD) PDOiRXDjATmSA1?-1428r26232斗23 1312116543图3-1单片机电路设计3.3蓝牙接口电路设计本设计选用的是HC-06蓝牙模块，与本系统通过串口相连。HC-06蓝牙模块采用3.3V供电，因此从Arduino板上取出3.3V接到蓝牙模块上。系统接线图如 下所示：JP13V343rTTXDRXD 11蓝牙图3-2蓝牙电路设计3.4继电器接口电路设计采用5V电磁继电器，在单片机的I/O 口输出一个高电平的时候，将驱动晶 体三极管9013导通，使得电磁继电器的控制线圈通断形成磁场，可是应该在继 电器线圈上加二极管阻断线圈反电势

22、以保护三极管9013,如图3-3所示。在整个硬件设计过程中，所遇上的主要问题是如何驱动继电器工作，由于单片机的I/O 口在直接连接继电器控制线圈引脚上不足使得继电器线圈以产生拉 动弹片的磁场，所以需要对输入的驱动电流进行放大， 而在继电器驱动电路上添 加一个三极管，则可以解决这个问题。图3-3继电器电路设计第四章硬件实物测试4.1硬件实物制作在完成硬件电路设计之后，就开展电路的制作。本设计中，采用成熟的Arduino单片机电路板，电源采用充电宝提供5V的电源输入，蓝牙模块选用HC-06蓝牙模块，控制家电开和关采用继电器控制，通过继电器，系统可以控制220V家电负载。4.1硬件实物测试本设计制作

23、完硬件实物后，针对设备的性能，进行了硬件测试。首先，系统 为Arduino系统板上电，然后将电灯电源接到 220V处。此时，手机APP发送打 开指令，电灯亮起。反之，APP发送关闭指令，电灯关闭。实物效果图如下所示：图4-1整体电路效果图致谢回顾大学的四年学习生涯，有很多收获但也存在不足，在学习生涯即将结束之际，对 四年来关心、指导、帮助和鼓励过我的老师、同学们表示衷心的感谢。本毕业论文是在老师的悉心指导下进行的。从最初的定题，到资料收集，到写作、修 改， 直至论文定稿， 高老师都给了我耐心的指导和无私的帮助， 使得我的毕业设计课题能够 深入地进行下去， 从而使我接触到了许多新知识和实际应用的新问题， 使我做了许多有益的 思考， 加深了对本专业核心知识的认识和对工程设计的思考。 在此首先对高老师表示诚挚的 感谢和由衷的敬意！ 还要非常地感谢大学学习期间的授课老师和同学在学习中给我的教导和 帮助，谢谢 !这次的毕业设计无疑是我大学以来最大的一次挑战。 这是对我大学四年所掌握的各种知 识的一次综合而又全面的考察。 在这几个月的时间内， 我从一开始对课题无从下手吗， 最后 完成这篇数十页的论文， 离不开许清泉老师的辅导， 以及学校图书馆和电子阅览的丰富资源。通过这次课题的研究， 我深刻感受到日新月异的科学技术的独特魅力， 对电子领域产