基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 題 目 基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 郝天飛 專業(yè)班級 電子科學(xué)與技術(shù)11-01 學(xué) 號 541111010112 院 （系） 物理與電子工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 翟鳳瀟（副教授） 完成時(shí)間 2015 年03月20日 基于藍(lán)牙技術(shù)的家庭智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著現(xiàn)代生活水平的日益提高，我們對生活質(zhì)量的要求亦在不斷提高，同時(shí)電子產(chǎn)品更是飛速的發(fā)展著，人們對生活的智能化的要求也在不斷的提高。到現(xiàn)今為止，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)的應(yīng)用，為我們的生活帶來了技術(shù)的變革和創(chuàng)新，現(xiàn)如今智能家居已經(jīng)逐步地融入到了我們的生活中。本文的設(shè)計(jì)是基于

2、藍(lán)牙的自動窗簾控制系統(tǒng)，以藍(lán)牙作為媒介來傳輸數(shù)據(jù)，通過手機(jī)軟件和手機(jī)內(nèi)置藍(lán)牙設(shè)備來對家用電器進(jìn)行無線控制，這更體現(xiàn)了智能家居的舒適、便利、高效、節(jié)能、環(huán)保。關(guān)鍵詞：智能家居/藍(lán)牙技術(shù)1 引言隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的普及, 智能化產(chǎn)品已經(jīng)開始進(jìn)入社會和家庭, 在家電行業(yè)中,智能化也是其發(fā)展的必然趨勢, 而且這種趨勢如今已經(jīng)初見端倪。消費(fèi)者對智能家電的興趣與日俱增, 同時(shí), 也給家電企業(yè)提出了更高的要求, 市場需要更加穩(wěn)定的性能和更低的價(jià)格?？傊? 家電智能化將成為家電市場發(fā)展的方向。家用電器的進(jìn)步，關(guān)鍵在于采用了先進(jìn)控制技術(shù)，從而使家用電器從一種機(jī)械式的用具變成一種具有智能的設(shè)備，智能家用

3、電器體現(xiàn)了家用電器最新技術(shù)面貌。如今技術(shù)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)電一體化和工業(yè)一體化等許多領(lǐng)域都在討論智能系統(tǒng)，人們要求系統(tǒng)變得越來越智能化。顯然傳統(tǒng)的控制觀念是無法滿足人們的需求，而智能控制與這些傳統(tǒng)的控制有機(jī)的結(jié)合起來取長補(bǔ)短，提高整體的優(yōu)勢更好的滿足人們的需求。隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時(shí)代1。計(jì)算機(jī)控制與電子技術(shù)融合為電子設(shè)備智能化開辟了廣闊前景。因此，智能控制的技術(shù)研究、應(yīng)用都是非常有意義而且有很高市場價(jià)值的。2 研究背景傳統(tǒng)家用電器有空調(diào)、電冰箱、吸塵器、電飯煲、洗衣機(jī)等，新型家用電器有電磁爐、消毒碗柜、蒸燉煲等。無論新型家用電器還

4、是傳統(tǒng)家用電器，其整體技術(shù)都在不斷提高。家用電器的進(jìn)步，關(guān)鍵在于采用了先進(jìn)控制技術(shù)，從而使家用電器從一種機(jī)械式的用具變成一種具有智能的設(shè)備，智能家用電器體現(xiàn)了家用電器的最新技術(shù)面貌2。智能家電產(chǎn)品分為兩類：一是采用電子、機(jī)械等方面的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備；二是模擬家庭中熟練操作者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊推理和模糊控制。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，各種智能家電產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，例如，把電腦和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出的數(shù)控冰箱、具有模糊邏輯思維功能的電飯煲、變頻式空調(diào)、全自動洗衣機(jī)等。智能家用電器的智能程度不同，同一類產(chǎn)品的智能程度也有很大差別，一般可分成單項(xiàng)智能和多項(xiàng)智能。單項(xiàng)智能家電只有一種模擬人類智能的功能3。例如模糊

5、電飯煲中，檢測飯量并進(jìn)行對應(yīng)控制是一種模擬人的智能的過程。在電飯煲中，檢測飯量不可能用重量傳感器，這是環(huán)境過熱所不允許的。采用飯量多則吸熱時(shí)間長這種人的思維過程就可以實(shí)現(xiàn)飯量的檢測，并且根據(jù)飯量的不同采取不同的控制過程。這種電飯煲是一種具有單項(xiàng)智能的電飯煲，它采用模糊推理進(jìn)行飯量的檢測，同時(shí)用模糊控制推理進(jìn)行整個(gè)過程的控制。多項(xiàng)智能家電在多項(xiàng)智能的家用電器中，有多種模擬人類智能的功能4。例如多功能模糊電飯煲就有多種模擬人類智能的功能。3 硬件部分3.1 藍(lán)牙藍(lán)牙是一種功耗相當(dāng)?shù)偷臒o線技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)最初被開發(fā)出來只是為了以一種無線的方式將手機(jī)、電腦、以及各種數(shù)字信息部件的外部設(shè)備連接起來，從而取

6、代各種繁雜的接口連線，并形成一種個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，使得各種資源可以在被連接起來的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)快速便捷的共享5。藍(lán)牙技術(shù)擁有非常廣泛的應(yīng)用，可以適用于不同的場合。由于藍(lán)牙設(shè)備是通過無線方式而不是有線電纜進(jìn)行連接的，因此其具有非常優(yōu)良的可移動性。藍(lán)牙是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無線通訊協(xié)議，基于設(shè)備低成本的收發(fā)器芯片，傳輸距離近、低功耗6。由于設(shè)備使用無線電（廣播）通訊系統(tǒng)，他們并非是以實(shí)際可見的線相連，然而準(zhǔn)光學(xué)無線路徑則必須是可行的。射程范圍取悅于功率和類別，但是有效射程范圍在實(shí)際應(yīng)用中會各有差異。有效射程因傳輸條件、材料覆蓋、生產(chǎn)樣本的變化、天線配置和電池狀態(tài)有關(guān)7。多數(shù)藍(lán)牙應(yīng)用是為室內(nèi)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，由于墻的衰減和

7、信號反射造成的信號衰落會使得射程遠(yuǎn)小于藍(lán)牙產(chǎn)品規(guī)定的射程范圍。在家居產(chǎn)品中，廠家通過在其中加裝藍(lán)牙設(shè)備就可以使得各種家居產(chǎn)品告別設(shè)備間繁雜的連接線的煩惱。例如，鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、筆記本、藍(lán)牙耳機(jī)等電子設(shè)備均可以通過藍(lán)牙設(shè)備在無線狀態(tài)下使用。這不但可以增加室內(nèi)裝飾的美感，而且還可以為室內(nèi)裝飾增添了更多創(chuàng)意和自由設(shè)計(jì)的想象空間。此外，通過把移動設(shè)備和家用電腦通過藍(lán)牙技術(shù)的連接可以把開關(guān)設(shè)置，狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)的同步起來，并可以隨時(shí)的進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，用戶也可以隨時(shí)隨地的存取最新的信息8。由此可見，藍(lán)牙設(shè)備不僅可以使居家生活和辦公變得更加輕松和便捷，還可以增加許多生活的樂趣。例如，我們可以在下班時(shí)就打開

8、家中的空調(diào)，在進(jìn)門之前打開門鎖和室內(nèi)的燈具，我們還可以在30英尺內(nèi)通過藍(lán)牙設(shè)備無線控制和存儲電腦或者音樂播放器中的音樂文件等等。此外，藍(lán)牙技術(shù)還可以使用在適配器之中，它可以允許用戶通過相機(jī)、手機(jī)或者平板電腦向智能電視發(fā)送照片或者視頻，并與朋友分享。此外，藍(lán)牙技術(shù)的使用使得我們的辦公室中不見了那些凌亂的連接線，取而代之的是整潔的辦公空間，整個(gè)辦公室就像一臺高效的機(jī)器有條不紊的快速運(yùn)行著。在這樣的環(huán)境下手機(jī)可以和我們的電腦同步和共享各種數(shù)據(jù)和信息，外圍設(shè)備可以直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交換，公司的職工可以通過藍(lán)牙耳機(jī)隨時(shí)隨地的接聽電話與他人聯(lián)系，所有的這些都在無線的狀態(tài)下運(yùn)行，不需要任何連接線進(jìn)行

9、連接9。此外，藍(lán)牙技術(shù)在辦公環(huán)境下的運(yùn)用不僅僅局限于可以讓人們告別雜亂的辦公環(huán)境，它還可以極大程度的提高我們的辦公效率。我們可以通過藍(lán)牙設(shè)備來為同事或者客戶進(jìn)行相關(guān)的演示或者訪問一些文件，郵件等。當(dāng)我們需要進(jìn)行會議討論的時(shí)候只需要各個(gè)會議成員連接到藍(lán)牙設(shè)備就可以不受地域限制的開始會議討論。在會議中所使用的各種演示文稿等也可以隨時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，這樣可以極大地提高我們的工作效率，節(jié)約時(shí)間成本。本系統(tǒng)采用型號hc-05嵌入式藍(lán)牙串口通信模塊，使用at指令進(jìn)行控制。模塊需要設(shè)置為從模塊，即被動被手機(jī)查詢連接的模式10。設(shè)置串口參數(shù)波特率38400bit/s，配對密碼為1234，連接模式為任意藍(lán)牙地址

10、鏈接模式，這樣可以實(shí)現(xiàn)多臺手機(jī)都可以操縱。藍(lán)牙模塊各種型號的功能和操作模式基本相同。通過手機(jī)藍(lán)牙發(fā)行“0”“1”“2”等字符，單片機(jī)上的藍(lán)牙接收到該字符后進(jìn)行解碼分析，進(jìn)一步控制對應(yīng)家用電器的開關(guān)。3.2 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成整個(gè)裝置的動力部分。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的優(yōu)劣11。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步

11、進(jìn)電機(jī)件12。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的13?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行需要相應(yīng)驅(qū)動系統(tǒng)的支持。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)包含控制器和驅(qū)動器兩部分，而二者的連接又分為串行和并行兩種不同的控制方式14。在串行控制中，控制器中會有電平和脈沖的輸出，然后通過脈沖分配器

12、將并行驅(qū)動信號進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，以達(dá)到使各個(gè)繞組導(dǎo)通或截止的效果。由此可見，時(shí)鐘脈沖的有無決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行或停止，脈沖頻率決定電機(jī)的運(yùn)行速率，方向電平?jīng)Q定運(yùn)轉(zhuǎn)方向。在并行控制中，繞組的導(dǎo)通或者截止由控制器所輸出的并行信號所直接控制。在這種情況下將由內(nèi)部軟件程序來取代控制器中脈沖分配器的功能15?？偟膩碚f，無論驅(qū)動系統(tǒng)采用串行控制還是并行控制，脈沖分配器這一部分是整個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)不可或缺的。4系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用at89s52單片機(jī)作為電路控制的核心，價(jià)格低廉，性能良好。通過手機(jī)藍(lán)牙和app發(fā)送指令給裝有藍(lán)牙從模塊的主控板，再由單片機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，處理，然后進(jìn)一步對相應(yīng)的家用電器發(fā)出

13、控制指令，從而進(jìn)一步的達(dá)到對家居產(chǎn)品進(jìn)行無線控制的目的。整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。軟件部分是用基于c語言的單片機(jī)開發(fā)語言在keil上編寫而成的。參考文獻(xiàn)1康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出版社，2006年04月第1版。2康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分），高等教育出版社，2006年04月第1版。3張剛毅，劉杰編著，mcs-51單片機(jī)原理及應(yīng)用，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。4侯海濤.，國內(nèi)外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀，建材發(fā)展導(dǎo)向，2004，5：92-93。5杭州晶控電子有限公司，智能家居diy，中國電力出版社，2014年12月第一

14、版。 6朱剛，藍(lán)牙技術(shù)原理與協(xié)議，北方交通大學(xué)出版社，2002：9155。7黃海峰，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟：藍(lán)牙技術(shù)啟動下一代智能設(shè)備，通信世界，2012(2)：3637。8楊文志，g00deandroid程序設(shè)計(jì)指南，電子工業(yè)出版社，2009：210212。 9胡健，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004: 164-182。 10嚴(yán)雨，avr單片機(jī)c語言應(yīng)用100例，電子工業(yè)出版社，2012：203231。11mansour mf, tewfik a h. convolutional decoding in the presence of synchronization errorsj. ie

15、ee journal on selected areas in communications. 2010, 28(2): 218227。 12sethakaset u, gulliver t a. marker codes to correct inserliondeletion errors in differential pulse position modulation for tireless infrared communicationscproe. ieee pacific rim conference on communications, computers and signal proce&ing victoria canada: ieee press, 2005: 181-184。13itzmaurice m, bruno r. nasagsfc program in direct det