【基于蓝牙无线技术的智能台灯设计8500字（论文）】

基于蓝牙无线技术的智能台灯设计摘要为了减少电能的浪费造成环境污染，本文介绍了一种蓝牙控制的智能小灯设计。本设计使用了传统的52单片机作为主要的控制芯片，然后用光敏电阻、蓝牙模块和红外模块进行构成外围电路，光敏电阻模块可以进行检测环境中的光强转换成模拟信号，AD模块把模拟信号转换成数字信号给单片机进行处理以控制LED的亮度。红外模块可以检测环境中有没有人在以自动控制LED亮灭，按键可以进行控制自动手动模式的切换以及灯的光亮程度。进行电路设计以及程序控制进行完整开发的无线控制结合手动控制的智能台灯自动系统。该系统可以让我们使用无线蓝牙远程操作进行调光、或者自动识别光线的光亮程度来调节灯的亮度以及识别无人情况自动关闭打开，根据功能进行设计，具有良好的市场发展前景。关键词：单片机；蓝牙；红外传感器目录TOC\o"1-3"\h\u3415绪论 1204191系统方案总体设计 2306331.1系统功能概述 2244901.2系统硬件配置 2166381.3方案的总体框图 3265442硬件电路设计 439662.1单片机最小系统电路 442432.1.1电源电路 4325812.1.2时钟电路 428312.1.3复位电路 458852.1.4ADC0832 41252.2LED照明电路设计 527072.3光强采集装置设计 633942.4蓝牙无线控制电路 711102.5红外检测模块设计 8153352.6按键电路设计 9123473软件程序设计 10281203.1软件开发环境 10251223.2软件流程图 10181944软件硬件系统调试 13141504.1元件的组装 1372434.2机械结构安装实物调试 1421577总结 158027参考文献 1611380附录一：元器件清单 179198附录二：原理图 1825635附录三：PCB图 19绪论地球环境在人类的进步之下已经恶化到一定地步了，每天都有数不尽的物种在灭绝。我们的日常生活全都有了很大的改变。我们日常生活中的许许多多的电器都在不断革新，日益发展，从人们的生活中的吃喝玩乐，其实都可以看得出阿来现代科学技术和社会的巨大变化。但是，伴随着这些让我们获得巨大便利的科学技术的发展直到这个时候，我们人类才想到要去面对环境问题，也不得不面对。环保这两个字进入了人们的眼帘。大家都知道要去保护环境了，电能的浪费就是破坏环境的元凶之一，而台灯在我们日常生活中几乎必不可少，有些人忘记关闭台灯，台灯的亮度过大，这些问题都在浪费电。传统的台灯大多数采用的都是手动控制模式，都是用按钮来控制灯的开与关，给老人还有很多小朋友和一些特殊群体带来了很多不便，他们不能够很方便地进行操作，而我们如果开发一套智能控制台灯的系统可以在一定程度上帮助解决这些问题，智能灯具的控制系统也可以延长灯具的平均使用寿命，带来不错的经济效益。我们这一篇文章使用的是光敏电阻进行检测光线照射的强度，使用蓝牙进行无线控制，并且使用AD采样芯片进行采样，在采样结束之后将采样的信息回馈给单片机。红外无线检测模块可以检测出人体信号和人与灯之间距离的信号，然后反馈给单片机进行采样从而进行控制。当红外无线接收到有物体接近信号的时候，单片机会输出他的控制信号从而使LED灯具亮起来，当人不在设定的距离的时候，即使是黑暗我们的台灯也不会亮起，极大程度上有效地提高了灯具的平均使用寿命，减少了不必要的电能的浪费。此外，系统还可以通过手机上的蓝牙串口调试应用程序掌控灯具的开、关和光强的大小，从而再次提高灯具的智能化程度。

1系统方案总体设计1.1系统功能概述本文中的无线控制LED装置主要是为了实现多种功能合为一体，其中主要包括手动控制光亮程度功能，使用蓝牙无线的非接触式操作进行调光功能、还有装置识别四周的光线光亮大小程度来自动进行调节灯光大小、检测使用者是否在旁边，如果离开时间太长就会自动熄灭灯光等多种功能。其中主要包括自动进行检测光线的强度和人体与照明器具的距离，开启自动模式的时候，当我们靠近灯具的时候灯会亮起，如果我们和灯具的距离比较近的话，挡住了灯具后的光敏电阻，会让灯具自动调节它的亮度，在一段时间内，台灯都会保持亮度。当我们离开灯具的时候，台灯四周在一分钟的时间内去过检测不到人体信号，他就自己灭掉。也可以使用蓝牙进行控制灯光，我们可以通过蓝牙掌控灯具亮度的强弱以及灯具的熄灭和开启，在灯亮起的情况之下，如果通过蓝牙发送想要控制的指令信号，可以让灯具在不同的亮度之间进行转换，再次发送指令，使得灯灭。如果使用者选择使用灯具的手动切换模式，那么当他按下按钮的时候，灯具才会进行光亮大小以及亮灭的切换。这样做的好处是让我们的装置更加随心所欲，可以满足更多人的需求。1.2系统硬件配置根据本文所需要做到的功能，我对现在市场上生活中使用的较为常见的主控芯片、AD采样芯片、无线控制、光敏电阻、距离检测等等器件进行了严格的筛选，尽量使用性能比较齐全并且性价比较好的元器件进行组成我们的系统。主控芯片我采用的是STC89C52单片机进行控制，主要是因为它的定时器数量多一些，从而让我们可以做到采用很多种中断的方式进行控制，在每天的生活里，会有很多的电子产品之中都采用了它进行控制，所以它的应用范围非常的广泛，是一个不二的选择。另一个好处就是待机的时候，他的功耗较小，并且体积不大，它的输入电压相对于其他的来说广一些，价格实惠，控制容易，AD芯片我们还是选择使用了ADC0832采样芯片进行采样，它是一种较常见的ADC控制，可以用手机上的串口调试工具来进行远程监控功能的器件。无线遥控则是采用蓝牙BT06无线，它被较为常见的地应用于我们的工业生产，起到了不可或缺的作用，并且还作用于航空航天和日常生活等各种行业。人体的测距我采用了红外传感装置，他一般被应用于小车避障，流水线安全控制，它其实也是一种很常见的可以检测光线大小的电阻式传感器，而光线的大小检测我采用的是光敏电阻，也是精挑细选了控制较为灵敏，反应速度快速，价格实惠并且使用方便的元器件。按键的模组主要是由三个按键所构建，这三个按键的作用分别是模式切换、台灯光线大小减少和光线大小增加。1.3方案的总体框图设计方案总体框图如图1所示。图1系统总体框图

2硬件电路设计2.1单片机最小系统电路我们的系统使用蓝牙的模块构成的电路，还有光照大小的检测电路，以及红外避障传感器电路、和红外感器电路这些电路构成的。2.1.1电源电路由于我们使用的单片机的特性，可以用USB线作为他的电源，电源电压大小为5伏特，这种电压我们可以从很多设备上获得，比如充电宝，电脑等等。2.1.2时钟电路晶振电路也是不可以缺少的一环，它可以制造我的单片机需要使用的信号，让电路正确运行。时钟电路包括两个30pF电容器C2和C3，以及其12M振荡电路X1。晶体振荡器电路的值越高，微控制器的设计实现速度越快。开发电路原理时晶体振荡器电路的一部分离单片机越近越好。2.1.3复位电路本文系统里的复位电路，按下他可以将我们的灯光复位，整个电路是被一个10uF的极性电容C1和10K的电阻R4构成。51单片机是一个在高电平的时候进行复位但是在低电平的时候可以工作的单片机，当本文中的整个电路刚通电时，在复位引脚上存在的是为高电平，如果此时我们给本设计的电路进行上电复位，这个时候由于我们电源会对电容进行充电，复位引脚又会变成为低电平，电路就可以运行了。如果我们在正常运行的时候按下按键进行复位，复位引脚就变又变回了高电平，这样的话，本文中的电路会重新启动。2.1.4ADC0832ADC0832是一个8位分辨率A/D转换集成IC，其最大辨别能力可以达到256级，并且可以集成到通用模拟输入转换法规中。内部电量大小的输入以及参考电压的复用是为了使我们的元器件的工作电压的输入能取到零伏特到五伏特的中间值。集成的ic转换时间仅为31微秒。根据双重数据信息输出可以用来进行数据信息检查，这样做的好处就是可以大幅度减少我们在测量的过程中产生的误差，使产生的数据更加的具有可信度。独立芯片的使能输入可以为我们的设计提供很大的便利。而且可以很方便地进行设备之间的衔接和CPU的控制。根据DI数据信息的输入端的变换，我们就可以在通道功能之间进行自由选择，这无疑会给我们带来很大的便利。当我们使用单个信道脉冲信号输入的时候，它的输入操作电压可以达到0到5伏特，8位分辨率的操作电压精度可以达到十九点五三毫伏。输入IN－和IN+后可以将工作电压值设置在较大的范围内，以增加转换的总宽度。但是要特别注意这样一个事，输入IN－和IN+后，IN的动作电压超过IN+的动作电压时，从最初到最后的数据信息变化结果将一直为00H。如图2，供电之后我们特别要注意EA引脚，因为我们接高电平的时候，微控制器复位后从0000小时的内部ROM运行。低电平连接后，复位后直接从外部ROM执行0000小时。因为MCU中存储有软件，所以为了确认MCU从内部读取程序，必须将EA连接到更高的水平。以执行该程序。图2.最小系统模块2.2LED照明电路设计LED是半导体材料二极管，能将电能转换成光能。如果向发光二极管施加正向动作电压P区域引入到N区域的空穴和从N区域引入到P区域的电子全部在一个区域内，连接到P区域和N区域。这样所产生的PN结几乎只有几微米。P区域中复杂的空穴类型会导致自发发光。电子器件的电子和不同半导体器件中的空穴是非相同的。在若干半导体器件的PN结中，少量自由电子和大多数自由电子的引入就会产生很多的能量，这些能量如果被释放出来就会变成我们所需要的光能。在PN结上施加相反方向的工作电压，可以说几乎没有自由电子被引入，这样的话他是不会释放任何的光能的，因此我们可以把通过使用施加电子产生光能的器件称为半导体二极管。当然我们也可以把这种器件这种统称为LED。如图3，对于本次智能台灯制作，我挑选了目前市场上常用的LED灯，最终选用了一款方便组装和使用的一款USB灯，采用USB灯的原因还在于它可以很方便我们进行测试和更换，减少我们在焊接其他硬件的过程中的干扰。这个USB灯的外部被封装起来，内部含有六个串联在一起的LED灯和电阻，这样的灯具主要是方便我们设计，它的外观封装之后也很好看，很接近我们日常使用中的台灯外观。该款台灯的基极串联一个限流电阻后连到单片机的IO口，发射极接电源，集电极串联USB小灯后连到电源地。单芯片的这个与他连接的IO口发送低电平的信号，三极管就会被导通。从而让我们的灯具发光。图3.LED模块2.3光强采集装置设计这种设计的小台灯具有自动调节亮度的功能，因此有必要收集自然环境中的光照大小，以利于小台灯的光照大小度的计算和操纵。光线大小收集应用的元器件是一个光电二极管，因为光电二极管收集光线大小的模拟输入，因此ADC0832用于将日光的模拟输入转换为数据量，然后将其发送到单片机进行使用。控制模块的解决方案示意图如图4所示。图4.光强采集装置感光电阻器的有一个最关键的特征，这个特性也是我们利用的特点，它的阻值大小会由于他周围的光线的大小的改变而改变。光线大小比较大的时候，光感电阻器的阻值会变小，光线的大小比较小的时候，光感电阻器的阻值会变大。当然了，他的这个关键特性其实是和光感电阻器制作的原材料有关系。我们这一篇文章中所设计的智能灯具就是利用了这样的特点感知周围光线的大小。当我们的灯具周围的光线的大小非常大的时候，比如在晴天的时候，由于这个时候的光线非常充足，我们的感光电阻器的阻值会变得很小，这个时候我们的传感器就会依据这个电阻的大小来处理信号分析。然后就会执行相应的解决方案；相反，当光线不足时，例如在夜晚或雨天，我们的感光电阻器的阻值会变得很大，传感器会把信号分析之后将该数据信号传送至微控制器然后运行以照亮小台灯。2.4蓝牙无线控制电路本设计的蓝牙芯片本设计选择CC2541芯片。本模块支持UART接口，具有体积小、成本低、功耗低、收发灵敏度高等特点，只需稍加外围电路就可以使其完成很多功能。这个芯片非常适用于低功耗的系统，运行模式中具有较短的转换时间。该模块主要应用于短距离的数据无线传输，如：蓝牙车载免提、蓝牙GPS、蓝牙无线数据传输、工业遥控遥测、门禁系统、蓝牙打印机。蓝牙遥控玩具等。特点：工作频率为2.4GHz、供电电源为+3.3VDC50mA、蓝牙协议为蓝牙4.0协议。最高支持2Mbps的数据速率。最高0dBm的可编程输出功率。RX：17.8mA、TX：18.3mA、功率模式1：271μs、功率模式2：1μs、功率模式3：0.5μs、电源电压范围(2V-3.5V)、工作模式下TPS62730兼容低功率。图4.蓝牙模块2.5红外检测模块设计热释电红外感应（PIR）传感器是在1980年进行开发然后投入使用的，它的优点非常多，主要优点就是灵敏度非常的好，所以在我们后来的发展过程中被广泛应用于各个行业的设备开发中，它主要是检查我们人类的身体所释放出来的红外线，这样不用接触就可以判断出附近是否有人类出现。自然而然地，这种传感器便可以大批量被应用于防盗以及防入侵的系统设备了。其实红外检测设备的新兴还是要归功于人们安全意识的提高。这种传感器可以通过不用触摸的方法就可以检测人体辐射源的红外感应动能的变化，然后将它转变成电压信号输出。我们的本次智能台灯设计方案中就采用了常用的热释电传感器。人体辐射的红外线中心波长为9--10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2--20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。本文的智能小灯设计之中使用的人体红外传感器控制模块是HC-SW501。具有很高的灵敏度和强稳定性和极低的工作电压模式，所以我们可以在很多的自动感应的器具上看到他们的踪迹，最多的还是在用干电池进行供电的自动控制器具。液晶显示模块电源电路的连接图为5。我们的这个模块仅引出3个引脚，其中第一引脚和第三引脚分别连接至VCC和GND至控制模块，第二引脚连接至由单片机设计的IO端口P22。当某些人在我们的这个模块的测量区域里面的时候时，这个引脚就会释放出高电平，在一般情况下，这个引脚是不会释放出高电平的，通常情况下释放的是低电平。图5.红外检测模块2.6按键电路设计本文的智能小灯想要进行手动控制，就必须要使用按键来进行控制，按键可以直接对电路进行控制，所以我们在日常的使用当中，他就是不可或缺的一部。那么，由于按键作为一个极其重要的部分，我们如果仅仅只去进行按键扫描那肯定是完全不够的，为了方便我们后续的使用。还有很多问题必须正确处理。否则，按键的实际操作将非常困难。在实际操作中容易引起操作错误和无法控制的状况。我们在使用按钮的过程中，电路会产生一种叫做“毛刺”的状态，这种状态显然是我们不想要看到的情况，那么我们如何去消除整个过程引起的“毛刺”状态呢。这里使用了最常见的方法，即延迟重复扫描方法。延迟重复扫描的基本原理是，“毛刺”单脉冲通常具有大约几毫秒的持续时间，而我们的使用过程中所按下按键的时间远大于这个数值。我们可以做到在单片机检查到按下案件的操作之后，稍微地进行等待一段时间，在这段小时后进行判断，区分脉冲信号是否维持原始状态。合理的功能键，否则将失败。在此设计中，由于所选功能键的数量不是很多，仅仅有3个功能键，即“模式转换功能键”,“光线降低功能键”和“光线增强功能键”，因此选择了单独的按键方式方法。电路如图6所示。图6.按键模块

3软件程序设计3.1软件开发环境当我们选择好了合适的硬件之后，我们就要进行软件开发了，如果说硬件是我们的身体的基本构造的话，那么软件就是我们的表达方法了。就像拿东西吃饭，手是硬件，大脑需要提供指令让手去执行，那么在我们进行软件编程的时候，我们就要考虑一个问题，那就是需要使用什么样的语言来进行软件编程呢？我决定采用C语言来进行程序设计，也必须使用C语言。C语言的好处很多，他的功能强大，他的结构，伸缩性等等很多方面都具有很大的优势选择好要使用的语言之后就要选择开发工具了，我思前想后决定使用Keil，因为在大学课程中我接触过一点Keil。它由英国的一家公司开发的，它是一款集成开发工具，集成了各种我们需要使用到的工具。作为一个集成开发工具，Keil提出了详细的开发和设计计划，其中包括功能齐全的模拟仿真程序调试，C语言编译器，宏汇编，库管理方法，以及连接器等，将这一部分组合在一起，并且可以使用多种操作系统，例如WINXP,WIN2000,WIN98,NT等，如果您使用C语言程序来编写，我想Kill就是最好的工具，如果我们采用汇编语言，不去想用C语言进行编程，Kill集成出来的环境、强悍的仿真能力和调试能力不会逊色于别的软件，他可以给你提供更多的便利。3.2软件流程图我们的智能台灯控制系统流程图在图7，基于蓝牙的智能台灯在通电之后，首先要进行判断你是否按下了一号键，一号键是模式转换按键，如果你按下了一号键，本系统的软件流程图首先判断键1是否被按下。如果一号键被按下了就会进行模式转换—自动模式和手动模式的相互转换。如果在手动模式下，就可以使用二号键和三号键进行亮度大小的变化。也可以使用蓝牙进行连接，然后再蓝牙串口助手里面进行设置，模式切换按下时发送十六进制消息10和11，亮度增加发送的十六进制消息是20和21，亮度减少所发送的消息是30和31。图7.手动模式流程图如果在自动模式之下，我们的红外传感器可以判断一分钟内有没有人在台灯附近，如果没有，台灯会自动断电。如果人出现了，又会自动亮起，如图8。 图8.手动模式流程图

4软件硬件系统调试4.1元件的组装本次采用PCB洞洞板进行焊接工作，洞洞板具有高度的灵活性和方便性，焊接工具选择可调温焊台，焊接元器件时温度保持在350度以下，防止焊接高温损坏电子元器件，焊锡丝选择环保的无铅材料。在焊接PCB时，注意将供电线和信号线分开一段距离以上，防止电磁干扰，走向尽量遵循EMC原则，在适当的时候可用屏蔽双绞线作为串口发送的RX和TX线。焊点要做到均匀，不虚焊、不脱焊，表面光滑无毛刺。在全部焊接任务完成后，用数字万用表测是否有短路和断路现象。我们在全部的准备任务都已经完成的阶段，就可以进行整个基于蓝牙无线的智能台灯的电路组装了。整个智能台灯电路的组装主要是元器件以及导线焊接在电路板上面。当然我们也可以采取面包板连接的方式。但是有几个注意事项需要提及。（1）我们的元器件在组装上去之前都需要经过进行多次的测试，以确保常用的电子设备符合标准。（2）我们的元器件在组装的时候需要把他们的方向趋于一致，有助于我们识别。（3）为了更好地便于中后期对电焊丝和电源电路的检查，可以根据电源电路中配线的不同功能选择相应的电线。（4）在实际焊接中连线需要尽量做到排版简洁连线方便。线路之间的连接不要接，连线必须基于集成电路集成IC其周围环境。此外，请尝试确保导线不会交叉和重叠，并尽可能走电路中的电子设备的上面。（5）我们尽量在安装之前把所有元器件的接地处放在同一个位置，有助于我们后续的管理。在注意以上几点的基础上，我们要采取合理的组装方法，这样的话，我们所焊接出来的电路板上面所有的器件的布局就会十分的清晰，这样做的好处是更方便地进行故障检查，我们在组装好了之后即使出现了一些故障，也可以很快地排查到问题。减少后续出现问题时的处理时间。4.2机械结构安装实物调试调试就是让我们在整个电路组装完成之后对于整个系统的测试，排查出现的问题，而调整是在检测过程中调整电路的一些主要参数，从而达到设计方案。在调试之前，有必要草拟测试报告，测试程序，调试方法以及常用的仪器设备等，以确保有一个好主意并确保调试工作的顺利完成。

总结本文设计了一款可以在自动以及手动模式下工作的蓝牙无线台灯，在自动模式下指示灯常亮，本产品会自动根据环境光来调整灯光的亮度，在手动环境下，指示灯常灭，这时候可以通过按键切换模式和台灯的亮度，如果我们使用手机蓝牙连接设计产品，可以通过发送信号进行手动调节，蓝牙调试工具上有三个按键，分别对应PCB板上的三个按键，作用一致。回顾设计过程，本设计将单片机原理、C语言程序、模拟电路基础与数字电路基础等多门课程的内容有机地结合应用在了一起。通过实际的分析与应用深化了对这些主干知识的认识。此外还要使用从系统的需求、方案论证、功能模块的划分、原理图的设计和绘制、PCB板制作、程序设计到软硬件调试的设计流程，调动硬件设计的能力。单片机的功能日益强大，但