藍牙控制風扇.doc

藍牙控制風扇高輝 男 1995.05 儀器科學與電氣工程學院 電氣工程及其自動化 13級 65130422 2365723630屠志天 男 1995.03 儀器科學與電氣工程學院 電氣工程及其自動化 13級 65130410 459359949張榮光 男 1995.03 儀器科學與電氣工程學院 電氣工程及其自動化 13級 65130416 2546947054作品類別：基本電子技術應用類目 錄引言 1一、方案設計 1二、總體設計 3三、單元電路（或軟件模塊）設計 3四、單元電路測試 7五、整體測試 10六、結論 10七、附錄 10八、參考文獻 13引言當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)，正以前所未見的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等特點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。本次設計就是用STC89C51單片機制作了一款簡易的藍牙控制風扇裝置，很多時候手動去開關一些家用電器很不方便，該設計的意義在于方便人們控制這些設備，通過手機就可以輕松遠程遙控，非常方便。該設計主要用到了藍牙通信技術，目前該技術已經(jīng)十分成熟，幾乎每款手機都配有藍牙功能，藍牙耳機等產(chǎn)品也已經(jīng)出現(xiàn)，通過藍牙控制家用電器的研究也正在火熱的進行中，具有良好的應用前景。一、方案設計1、方案選擇基于MAX系列的EPM570T100C5芯片，利用VHDL語言實現(xiàn)，該方案的優(yōu)勢是我們曾在去年的小學期實習時學習過這種芯片的使用，比較熟悉，但是這種芯片并不常見，而且VHDL語言不如C語言靈活。硬件流程圖如下：風扇繼電器芯片藍牙模塊手機直接將藍牙模塊的輸出端口TXD接在繼電器上，這種接發(fā)雖然十分方便，也免去了編程的麻煩，但是這種控制會不穩(wěn)定，而且無法實現(xiàn)功能擴展，局限性很大。硬件流程圖如下：風扇手機繼電器藍牙模塊基于STC89C51單片機，通過C語言編程實現(xiàn)。51單片機接口簡單，內部資源豐富，可以實現(xiàn)大多數(shù)控制功能。硬件流程圖如下：風扇繼電器單片機藍牙模塊手機軟件流程圖如下：P2.0口狀態(tài)取反等待中斷開始2、 方案確定 題目要求通過藍牙實現(xiàn)控制，只需要控制風扇開關即可，就目前的實驗設備來看，單片機比較實用。因為目前單片機應用比較廣泛，使用簡單，功能強大，C語言編程邏輯性強，并且我們正在學習嵌入式又有比較好的C語言基礎，所以采用此方案。除此之外，單片機編程方便，程序易于修改，利于實現(xiàn)功能擴展，可以用來控制更加復雜的設備，這是其它方法不具有的優(yōu)勢。3、 理論分析與方案論證 該方案主要通過單片機來實現(xiàn)控制，具體工作過程為：手機通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)給藍牙模塊，藍牙模塊將接收到的數(shù)據(jù)傳送給單片機，單片機接收到數(shù)據(jù)后觸發(fā)中斷，單片機將P2.0口狀態(tài)取反，電磁繼電器打開（關閉），風扇轉動（停止）。藍牙模塊負責接收數(shù)據(jù)，單片機負責控制繼電器，繼電器負責控制風扇開關。二、總體設計本裝置采用STC89C51單片機，分成單片機控制模塊、藍牙控制模塊、電磁繼電器控制模塊、風扇模塊等部分。（1） 單片機控制模塊，基于單片機的芯片及其他電子元器件與控制外部電路的集成板組合在一起的控制器。應用C語言來編寫控制動作流程以達到控制風扇的最終目的。（2） 藍牙控制模塊，通過藍牙模塊HC-06，實現(xiàn)接收手機的數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機。（3） 電磁繼電器控制模塊，經(jīng)過一個三極管電路與單片機相連，受單片機P2.0管腳控制，低電平繼電器閉合，風扇轉動。（4） 風扇模塊，5V風扇通過一個USB接口連接到電路上，通過控制USB口的通電情況來控制風扇的開關。3、 單元電路（或軟件模塊）設計1、單片機模塊單片機模塊主要就是單片機最小系統(tǒng)，除此之外還使用了P3.0(RXD),P3.1(TXD),P2.0(普通I/O)。本設計采用STC89C51單片機，單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機集成度高。單片機包括CPU、4KB容量的ROM（8031 無）、128 B容量的RAM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口。系統(tǒng)結構簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化; 單片機可靠性高，可工作到106 107小時無故障; 處理功能強，速度快。STC公司的單片機主要是基于8051內核,是新一代增強型單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,速度快812倍,帶ADC,4路PWM,雙串口,有全球唯一ID號,加密性好，抗干擾強。 通常單片機有最小系統(tǒng)，也就是單片機可工作的最小配置，包括復位端和時鐘端（如圖3所示）本次設計就是基于這個最小系統(tǒng)而設計的。如圖1: 圖 1 單片機最小系統(tǒng)電路圖2、 藍牙控制模塊藍牙模塊（BlueTooth Module）又叫藍牙內嵌模塊、藍牙模組，一般意義上的藍牙模塊主要面向產(chǎn)品需要增加藍牙無線傳輸功能的用戶，用戶不需要了解詳細的藍牙技術，進行藍牙軟、硬件開發(fā)，只需提出自身產(chǎn)品要求的電路接口、數(shù)據(jù)格式、通訊對象即可，這樣可以節(jié)省用戶的技術投入成本，縮短其產(chǎn)品上市時間。HC-06可以實現(xiàn)簡單的的串口通信，通過AT指令還可以設置名字，波特率等信息。本設計只用到了四個端口，包括兩個電源端（VCC,GND）,及兩個輸入輸出端（RXD,TXD）。如圖2: 圖 2 藍牙模塊3、 電磁繼電器控制模塊繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。本設計采用5V繼電器，型號為TIANBO生產(chǎn)的HJR-3FF-S-Z，驅動5V風扇，具體使用時需要接一個三極管，型號為8050。三極管的基極接單片機的P2.0口作為控制端，除此之位還需要接一個保護二極管，型號為1N4001。如圖3: 圖 3 繼電器模塊電路圖4、 風扇模塊風扇使用的是市場上賣的普通5V風扇，采用USB口供電，我們在電路板上焊接了一個USB母口用于給風扇供電，通過繼電器控制此口，進而控制風扇，使用十分方便。4、 單元電路測試所用儀器: 萬用表 UT33系列1、單片機模塊在焊接晶振電路時由于我的疏忽導致兩個電容之間忘記接地了，所以第一次測試時什么現(xiàn)象都沒有，由于是第一次焊單片機電路，以為是一些別的東西沒有考慮到，一開始一直沒有發(fā)現(xiàn)原因，后來看電路圖無意之間發(fā)現(xiàn)是我的電路圖畫錯了，改正之后測試成功。另一個錯誤是隊友把單片機的RXD端接藍牙模塊的RXD端，單片機的TXD端接藍牙模塊的TXD端，不過好在測試之前就發(fā)現(xiàn)了并改正過來了。2、 藍牙控制模塊首先測試藍牙模塊能否正常使用，將藍牙模塊接上電源，藍牙模塊指示燈閃爍，通過手機上的藍牙串口軟件搜索到藍牙，名字是HC06，連接成功連接上指示燈不再閃爍，保持常亮狀態(tài)，測試成功。之后是測試數(shù)據(jù)收發(fā)，藍牙模塊默認的波特率是9600，單片機使用的晶振是12MHz，計算時采用11.0592MHz。串行口工作方式選擇方式1，即10位異步收發(fā)。定時器選擇T1,工作方式選擇方式2，即8位自動重裝計數(shù)初值計數(shù)器。計算出的TH1 = 0xFD，TL1 = 0xFD，程序設計的是將收到的數(shù)據(jù)再發(fā)送回手機，以便對比數(shù)據(jù)是否出錯，但是發(fā)現(xiàn)最后發(fā)現(xiàn)總是單片機將收到的數(shù)據(jù)加0x80再送回手機，比如發(fā)送0x01,送回0x81,如果發(fā)送0x91,送回的數(shù)據(jù)不變，實際上是將數(shù)據(jù)最高為置1。后來就將TH1和TL1改為0xFC，結果是總是將發(fā)送的數(shù)據(jù)最高為置0，不過由于本設計只需要控制開和關，因此只需將程序設計成只要收到數(shù)據(jù)就將P2.0口取反就可以了，而無需考慮接收到的數(shù)據(jù)是多少。另一個問題是手機在連接藍牙模塊時有時會連接不上，有時得連好幾次才能連接上，不知道是藍牙模塊的問題還是手機的問題。3、 電磁繼電器控制模塊在此模塊遇到的問題比較多，首先就是繼電器的接法，由于之前根本沒有學過，所以只能上網(wǎng)查，第一次買的是6腳繼電器，我在網(wǎng)上找了好幾天也沒看明白到底該怎么接，網(wǎng)上說的都比較籠統(tǒng)，后來我又買了個5腳的，這回算是勉強找到接法了，但是后來又看到網(wǎng)上說繼電器是感性器件，單片機的管腳不能直接接在繼電器上，需要連接一個三極管電路，由于之前一點都不懂，我也不知道應不應該，就照著上面說的做了，最后確實好用。另一個問題，網(wǎng)上寫的是需要在P2.0端口和三極管的基極接一個1K的電阻，但是實際電路焊好后發(fā)現(xiàn)有這個電阻的話P2.0端口無法控制繼電器，而把它去掉之后就可以控制了。最后一個問題，我們當時將電路和風扇公用一個5V電源，當不接風扇時發(fā)現(xiàn)可以控制繼電器開合，但是當接上風扇后就控制不了風扇了，估計是風扇功率太大，于是我將兩部分該為分別用兩個5V電源供電，最后成功控制。4、 風扇模塊開始我們想選擇那種電子市場賣的那種普通的黑色小風扇，但是后來發(fā)現(xiàn)控制商店賣的那種風扇更實用一些，而且那種風扇采用USB接口供電，連接到電路時更方便。這一部分除了在上一部分提到的問題就沒再遇到過其它問題了。5、其它部分其它遇到的問題主要就是各種元件的接法，包括USB接口，圓孔電源插頭和自鎖開關，這些元件的接法都是在網(wǎng)上現(xiàn)找的。當時在連自鎖開關時想當然以為左面三個連在一起，右面三個連在一起，結果發(fā)現(xiàn)不好使，后來上網(wǎng)一查才發(fā)現(xiàn)原來接法很復雜，經(jīng)過一番波折之后才終于把它接好。5、 整體測試將各模塊連接完成后進行整體測試：接通電源后，打開開關，風扇不轉，藍牙模塊指示燈閃爍，手機通過藍牙串口app搜索并連接到藍牙模塊上，此時藍牙模塊指示燈處于常亮狀態(tài)，通過app向藍牙模塊發(fā)送任意數(shù)據(jù)，藍牙模塊接收到數(shù)據(jù)并傳送給單片機，單片機將P2.0口狀態(tài)取反，繼電器閉合，USB口上電，風扇轉動，再次發(fā)送任意數(shù)據(jù)，經(jīng)歷相同過程，繼電器斷開，USB口斷電，風扇停止轉動。經(jīng)測試，當手機按鍵按下時，風扇立即停止轉動，幾乎無延遲，控制距離可以達到至少3米以上，完美實現(xiàn)了手機控制風扇的功能。6、 結論經(jīng)測試，該裝置可以實現(xiàn)對風扇的無線控制，基本達到預期目的。不過仍有不足，第一：單片機和風扇采用單獨兩個電源供電，不是很方便，將來可以考慮將兩個電源合二為一。第二：手機與藍牙模塊連接，有時候會連接失敗，得試好幾次才能成功，不知道是手機的問題還是藍牙模塊的問題，將來可以考慮使用更好一點的藍牙模塊?？梢愿倪M的地方是受控設備，本設計只需控制風扇一開一關兩個狀態(tài)，將來可以考慮通過藍牙控制燈光的亮暗，或者控制小車等。七、附錄：1、單片機程序：#include#define uchar unsigned char;#define uint unsigned int;sbit power=P20;uchar uart_data;void main(void)TMOD = 0X20; /選擇定時器T1，工作方式2TH1 = 0xFD;TL1 = 0xFD;TR1 = 1; /開定時器T1ES = 1;EA = 1;SCON = 0X50; /選擇串行口工作方式1power = 1; /P2.0口初始化為1，風扇不轉while(1);void serial_IT(void) interrupt 4if(RI=1) /只要是接收中斷，就把P2.0口取反RI=0;uart_data = SBUF;SBUF = uart_data;power=power;elseTI=0;2、主要元器件與調試儀器：數(shù)字萬用表、單片機STC89C51、單片機座DIP40、12M晶振、30pF瓷片電容、10F電解電容、10K電阻、二極管、三極管、自鎖開關、5V繼電器、USB接口、5V變壓器、圓口電源插座