摘 要： 針對智能家居系統中燈光與冰箱控制的需求， 設計了一個(gè)基于安卓的燈光與冰箱的控制系統。主要完成遠程控制燈光的亮滅、對燈光進(jìn)行亮度調節以及遠程控制冰箱的溫度， 并將手機上設置好的數據通過(guò)藍牙串口助手與藍牙模塊進(jìn)行數據傳輸， 將藍牙模塊接收到的數據顯示在LCD1602顯示屏上。采用干電池供電， 運用一部安卓系統的手機控制LED燈以及冰箱， 進(jìn)而實(shí)現燈光與冰箱控制的智能化。將智能燈光與冰箱控制相結合， 在方便操作的同時(shí)， 實(shí)現了能源的節約， 具有現實(shí)的實(shí)用價(jià)值。
　　
　　關(guān)鍵詞： 安卓； 控制系統； 藍牙； 傳感器；
　　
　　Abstract: In view of the demand of lighting and refrigerator control in smart home system, a control system of lighting and refrigerator based on Android is designed.The system mainly controls the remote lighting and extinction of light, adjusts the brightness of light, and remote controls the temperature of the refrigerator.The data that are set on mobile phone transmit between blue-tooth serial port and blue-tooth module, the data received from the blue-tooth module are displayed on the LCD1602 screen.The system uses a battery-powered, and an Android mobile phone controls and implement the intelligence of the lights and refrigerators.The system combines smart lighting with refrigerator control to realize energy saving and practical value in convenient operation.
　　
　　Keyword: Android; Control system; Blue-tooth; Sensors;
　　
　　一、 引言
　　
　　隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展， 聲控及光控燈已廣泛應用到日常生活中， 但這些照明系統不僅操作復雜， 且功耗高。對于冰箱的控制， 人們必須在冰箱前通過(guò)扭動(dòng)冰箱內溫度控制的旋鈕， 才能調節冰箱的溫度。傳統的照明控制和冰箱的控制已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需求。當很晚回家時(shí)能夠提前將家里的燈打開(kāi)消除自己的恐懼感， 而且可根據外界條件來(lái)調節亮度以及定時(shí)， 正是人們迫切的需求。基于此提出一種以安卓手機為平臺， 以藍牙技術(shù)為通信方式的燈光與冰箱的控制系統設計方案。
　　
　　該系統以單片機STC89C52[1]為控制核心， 通過(guò)HC-06藍牙通信模塊[2]與上位機通信， 處理上位機發(fā)送的命令， 運用一部Android手機與HC-06藍牙模塊通信控制LED燈的開(kāi)關(guān)、調光以及定時(shí)， 控制冰箱的開(kāi)關(guān)以及設置冰箱溫度， 將燈光亮度、設置的定時(shí)時(shí)間、設置的冰箱溫度顯示在LCD1602液晶屏[3]上， 從而實(shí)現了對家中部分電器的智能化控制。
　　
　　二、 系統整體結構設計
　　
　　該系統以STC89C52單片機為主控芯片， 結合HC-06藍牙模塊， 通過(guò)軟件編程完成電燈與冰箱的控制系統的設計與實(shí)現， 主要包括：?jiǎn)纹瑱C最小系統、HC-06[4]藍牙模塊、LCD1602液晶顯示屏、電源電路、繼電器開(kāi)關(guān)電路等。其組成結構， 如圖1所示：
　　 　　 　　
　　基于安卓的智能燈光與冰箱的控制系統， 利用下載在安卓[5]手機中， 藍牙串口助手APP實(shí)現與HC-06藍牙模塊通信， 主要實(shí)現如下功能：
　　
　　（1） 通過(guò)手機藍牙串口助手軟件實(shí)現對三個(gè)LED燈的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制；
　　
　　（2） 通過(guò)手機藍牙串口助手軟件實(shí)現對三個(gè)LED燈的亮度進(jìn)行調節；
　　
　　（3） 通過(guò)手機藍牙串口助手軟件實(shí)現對三個(gè)LED燈進(jìn)行定時(shí)設置；
　　
　　（4） 通過(guò)手機藍牙串口助手軟件設置冰箱的溫度；
　　
　　（5） 在LCD1602液晶顯示屏上顯示此時(shí)LED燈的光強、設定燈滅的時(shí)間和此時(shí)冰箱的溫度。
　　
　　基于安卓的智能燈光與冰箱的控制系統， 其功能模塊， 如圖2所示。
　　 　　 　　
　　以下是每個(gè)模塊的功能：
　　
　　亮度調節模塊：主要是通過(guò)手機APP對燈光進(jìn)行遠程操作， 包括：電燈開(kāi)關(guān)的控制、電燈亮度的控制、照明時(shí)長(cháng)的設置。
　　
　　藍牙模塊：藍牙模塊作為整個(gè)系統的通信模塊， 藍牙串口助手必須成功連接藍牙， 與設備的藍牙模塊成功配對后， 才能與設備之間進(jìn)行數據傳輸， 該藍牙模塊可以進(jìn)行通信的范圍為10米， 在10米范圍內都可以進(jìn)行數據的傳輸。
　　
　　顯示模塊：藍牙串口助手設置電燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電燈的亮度、電燈的照明時(shí)長(cháng)、冰箱的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、冰箱的當前溫度等信息顯示在設備上， 便于人們更直觀(guān)的觀(guān)測數據。
　　
　　冰箱溫度控制模塊：主要針對實(shí)時(shí)條件對冰箱溫度控制， 如可以控制鮮肉的溫度， 為了保證肉的鮮味可以將買(mǎi)回來(lái)的肉進(jìn)行冷凍， 在食用的前一個(gè)小時(shí)將冰箱的溫度適當調高一點(diǎn)， 進(jìn)行解凍， 這樣既可以食用到新鮮的肉， 也可以節約用電。
　　
　　電源模塊：該模塊是對整個(gè)系統進(jìn)行供電， 采用的是干電池供電， 便于攜帶， 應用也方便。
　　
　　三、 系統硬件部分設計
　　
　　1、 STC89C52單片機及引腳
　　
　　STC89C52RC[6]是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器， 具有8K在系統可編程Flash存儲器， 如圖3所示。
　　
　　在單芯片上， 擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash, 使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。
　　
　　STC89C52RC單片機是新一代單片機， 其優(yōu)點(diǎn)是運行速度快， 功耗少， 有超強抗干擾的能力， 指令代碼完全兼容傳統的單片機。所以該系統選擇STC89C52RC作為系統的單片機控制器。
　　
　　2、 HC-06藍牙串口電路
　　
　　藍牙模塊接通電源后， 接收到從手機發(fā)送的信息， 指示燈就會(huì )亮起來(lái)， 然后傳輸到單片機處理進(jìn)行處理指令， 主要實(shí)現3個(gè)LED燈的照明以及冰箱的溫度情況。藍牙串口通信助手的功能主要是燈的亮度的增強和減弱、設置定時(shí)和啟動(dòng)。其與單片機連接圖， 如圖4所示。
　　 　　 　　 　　 　　
　　3、 LCD1602液晶顯示屏電路
　　
　　LCD1602液晶顯示屏[7]顯示的內容是兩行字符液晶模塊 （顯示字符和數字） , 每行16個(gè)。它是點(diǎn)陣型液晶模塊， 特意用來(lái)顯示字母、數字、符號等。LCD1602液晶顯示屏通過(guò)排針和排阻與單片機相連， 上電后， 從單片機發(fā)出的控制指令傳到顯示器， 讓LCD1602液晶顯示屏顯示當前電燈的信息狀態(tài)。顯示電路圖， 如圖5所示。
　　 　　 　　
　　4、 電源模塊
　　
　　該系統電源模塊[8]電路主要包括5V穩壓輸出電路、5V轉3.3V的穩壓電路、電源濾波電路和電源輸出指示電路。電源模塊中9 V轉直流5 V電壓部分電路圖， 如圖6所示。
　　
　　5、 時(shí)鐘電路
　　
　　STC89C52單片機內部設有一個(gè)反向放大器所構成的振蕩器， 如果該模塊要正常工作就必須有一個(gè)外部的時(shí)鐘源， 而這個(gè)時(shí)鐘源一般由外部晶振電路來(lái)提供， 在電路中晶振和電容都需要靠近振蕩器的反相放大器的輸出端和引腳的驅動(dòng)端。振蕩電路， 如圖7所示。
　　 　　 　　 　　 　　
　　6、 復位電路
　　
　　STC89C52單片機的復位能夠通過(guò)外部復位電路來(lái)實(shí)現， 在時(shí)鐘電路工作以后， 在RST端持續給出的24個(gè)振蕩周期的高電平就可完成復位操作。復位電路， 如圖8所示。
　　 　　 　　
　　四、 系統軟件部分設計
　　
　　首先， 系統需要對LCD1602液晶顯示屏初始化， 然后對定時(shí)器0、定時(shí)器1、定時(shí)器2進(jìn)行初始化， 接收數據， 原地等待數據是否接收完成， 如果接收完成， 接收標志位RI清零， 如果沒(méi)有接收完成， 就返回到接收數據， 重新執行程序。完成后， 單片機開(kāi)始處理數據， 控制LED燈亮滅， 調節LED燈亮度， 設置定時(shí)開(kāi)關(guān)， 冰箱溫度控制， LCD1602液晶顯示屏顯示定時(shí)界面、設置定時(shí)時(shí)間、設置冰箱溫度等， 最后啟動(dòng)定時(shí)器， 返回到控制LED燈亮滅的功能， 重新執行程序， 完成預先設置好的所有功能。
　　
　　系統主程序主要包括系統的初始化、藍牙串口通信、開(kāi)關(guān)狀態(tài)的顯示以及信號的輸出控制等。系統總體流程圖， 如圖9所示。
　　
　　1、 燈光控制模塊
　　
　　此部分使用單片機定時(shí)器[7]0對LED燈進(jìn)行調光， 首先對定時(shí)器0進(jìn)行初始化， 將定時(shí)器0設置為工作模式1, 設置定時(shí)器0的初始值 （TH0、TL0賦值） , 啟動(dòng)定時(shí)器工作， 此時(shí)定時(shí)器0產(chǎn)生了周期為T(mén)的脈沖。再使用占空比控制變量cycle控制占空比， 改變cycle就改變了高低電平的時(shí)間從而改變LED燈的亮度， 當占空比為51%-100%時(shí)為強光， 當占空比為2%-50%時(shí)為閱讀， 其它為弱光。該系統共有三個(gè)LED燈， 它們的亮滅情況分為4種， 只有LED1亮、只有LED2亮、只有LED3亮、全亮、全滅。
　　 　　 　　
　　2、 冰箱溫度控制模塊
　　
　　此部分使用藍牙串口助手將安卓手機上設置的溫度傳輸到單片機的LCD1602液晶顯示屏上， 數據的傳輸方式是通過(guò)藍牙， 只有手機藍牙串口助手與設備之間保證正常連接， 就可以將手機藍牙串口助手上設置的冰箱溫度傳到設備上。通過(guò)手機藍牙串口助手軟件可以控制冰箱的溫度以及開(kāi)關(guān)， 可設置冰箱的溫度范圍為：最高溫度為5度， 最低溫度為零下10度。將設置的冰箱溫度最終在LCD1602液晶顯示屏上顯示。
　　
　　五、 系統的實(shí)現與測試
　　
　　1、 系統功能的實(shí)現
　　
　　系統上電后， 藍牙串口助手的初始化界面， 點(diǎn)擊搜索設備即可搜索出要連接的設備， 選中想要連接的設備名， 就可以直接連接， 點(diǎn)擊斷開(kāi)連接就與目前連接的設備斷開(kāi)， 斷開(kāi)后就不能繼續通信。點(diǎn)擊退出就可以退出藍牙串口助手手機APP.手機APP初始化界面， 如圖10所示：
　　 　　 　　
　　當點(diǎn)擊搜索設備后， 就會(huì )在設備顯示區域中出現附近有打開(kāi)藍牙的設備， 選擇想要連接的設備名， 可直接通過(guò)點(diǎn)擊連接， 連接成功后就會(huì )顯示已連接的字樣后跟連接的設備名， 手機藍牙串口助手成功連接設備， 如圖11所示。
　　 　　 　　
　　該系統是通過(guò)藍牙模塊在藍牙串口助手與手機之間進(jìn)行數據傳輸， 只有成功連接藍牙模塊方可進(jìn)行通信， 在沒(méi)有成功連接藍牙的時(shí)候， 設備中的紅色指示燈會(huì )一直閃爍， 成功連接藍牙后指示燈將常亮， 設備與手機藍牙串口助手連接成功效果圖， 如圖12所示。
　　 　　 　　
　　成功連接設備后就可以對燈光和冰箱進(jìn)行操作了， 首先測試對燈光的控制， 該系統中模擬的是對三盞燈進(jìn)行操作， 可以分別控制三盞燈的亮度， 在手機藍牙串口助手上設置的燈光強度通過(guò)藍牙模塊通信， 可以在LCD1602液晶顯示屏上顯示當前設置的燈光強度。顯示燈光強度圖， 如圖13所示。
　　 　　 　　
　　圖13是在LCD1602液晶顯示屏上顯示燈光強度， 該系統中有三盞燈， 可以分別為3盞燈設置燈光強度， 設置的燈光強度值分別為1、3、5.
　　
　　對電燈還可以進(jìn)行定時(shí)操作， 三盞燈都有此功能， 只測試了一盞燈的效果， 設置定時(shí)后LCD1602顯示屏的顯示效果， 如圖14所示。
　　 　　 　　
　　設置的時(shí)長(cháng)是5秒， 到達五秒后， 電燈自動(dòng)熄滅， 如圖15所示。
　　 　　 　　
　　當到達設置的時(shí)間后， 電燈就會(huì )熄滅， 設備效果， 如圖15所示。
　　
　　下面是對冰箱溫度進(jìn)行測試， 冰箱的溫度設置是在藍牙串口助手上設置的， 將設置好的冰箱溫度通過(guò)藍牙模塊傳給設備， 設備會(huì )通過(guò)LCD1602液晶顯示屏將藍牙串口助手設置的冰箱溫度溫度顯示出來(lái)， 為冰箱設置的溫度為零下6度， 冰箱溫度顯示效果， 如圖16所示。
　　 　　 　　
　　六、 總結
　　
　　基于安卓的燈光與冰箱的控制系統， 可實(shí)現對燈光亮度的調節， 且可設置定時(shí)功能， 也可以對冰箱實(shí)現溫度的控制， 無(wú)論在家里的哪個(gè)地方都可以輕松控制電燈、冰箱， 適用性很強。使用Android做為開(kāi)發(fā)基底， 通過(guò)與APP應用程序的整合， 用手機控制家里部分設備， 進(jìn)而代替以前用的遙控器， 更加方便智能的控制家里設備。
　　
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