博創(chuàng)杯作品設(shè)計方案報告

博創(chuàng)杯作品設(shè)計方案報告文檔第十一屆“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計大賽作品設(shè)計報告手機寵物Phonepet設(shè)計報告隊伍編號：B-HeN-參賽學(xué)校：許昌學(xué)院作者：學(xué)生1閆振學(xué)生2宋增學(xué)生3陳平勝指導(dǎo)教師：張柯組別：□碩士組█本科組□高職組摘要基于51單片機和Arduino開發(fā)平臺，以藍牙無線技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計手機寵物光立方以及傳感器系統(tǒng)。運用光立方監(jiān)控手機來電事件，使用溫、濕度傳感器獲取溫、濕度參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，通過煙霧傳感器進行火災(zāi)報警。使用51單片機控制光立方和傳感器，使溫、濕度參數(shù)在液晶屏上顯示，通過蜂鳴器進行報警。除實現(xiàn)手機來電感知外，該設(shè)計還能實時監(jiān)控溫、濕度，進行火災(zāi)報警。關(guān)鍵詞：藍牙傳輸、光立方，傳感器、來電監(jiān)控AbstractBasedon51single-chipmicrocomputerandArduinodevelopmentplatform,Bluetoothwirelesstechnologyasthebasis,designmobilephonepetopticalcubeandsensorsystem.Usinglightcubetomonitorthephonecallsincident,theuseoftemperature,humiditysensortemperature,humidityparametersofreal-timedata,throughsmokesensorforfirealarm.Use51single-chipcontrollightcubeandsensor,sothattemperatureandhumidityparametersontheLCDscreen,thealarmthroughthebuzzer.Inadditiontorealizethephonetotheinductor,thedesigncanreal-timemonitoringtemperature,humidity,firealarm.Keywords:bluetoothtransmission、lightcube、sensors、callermonitoring目錄第1章緒論...............................................................51.1藍牙技術(shù)簡介..........................................................51.2Arduino簡介...........................................................51.3光立方簡介............................................................61.451單片機最小系統(tǒng)簡介.................................................6第2章系統(tǒng)邏輯框圖........................................................62.1系統(tǒng)邏輯框圖........................................................6第3章系統(tǒng)功能與方案......................................................73.1 系統(tǒng)功能............................................................73.2 系統(tǒng)方案............................................................7第4章實現(xiàn)原理............................................................74.1 實現(xiàn)原理............................................................7第5章硬件電路設(shè)計........................................................75.1 硬件電路設(shè)計........................................................75.2硬件電路設(shè)計框圖...................................................8第6章軟件設(shè)計............................................................86.1 軟件設(shè)計............................................................86.2 軟件設(shè)計邏輯圖......................................................9第7章單個模塊系統(tǒng)測試.....................................................97.1藍牙模塊............................................................97.2溫濕度傳感器........................................................97.3煙霧傳感器.........................................................107.4lcd1602顯示屏......................................................107.5光立方.............................................................10第8章實現(xiàn)功能...........................................................118.1Arduino控制藍牙模塊..............................................118.2Arduino控制溫濕度傳感器...........................................118.3Arduino控制煙霧傳感器.............................................128.4Arduino控制lcd1602...............................................128.5Arduino控制單片機最小系統(tǒng).........................................128.6單片機最小系統(tǒng)控制光立方......................................138.7手機app向藍牙發(fā)送控制信號....................................13第9章應(yīng)用前景分析...................................................139.1應(yīng)用前景......................................................139.2需求分析......................................................13第10章系統(tǒng)特色.......................................................1410.1 藍牙特色.......................................................1410.2 光立方特色.....................................................1410.3傳感器特色......................................................1410.4作品總體特色....................................................15結(jié)論......................................................................15附錄A：..................................................................15參考文獻..................................................................15緒論藍牙技術(shù)簡介是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）。藍牙技術(shù)最初由電信巨頭愛立信公司于1994年創(chuàng)制，當(dāng)時是作為RS232數(shù)據(jù)線的替代方案。藍牙可連接多個設(shè)備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。藍牙主設(shè)備最多可與一個微微網(wǎng)（一個采用藍牙技術(shù)的臨時計算機網(wǎng)絡(luò)）中的七個設(shè)備通訊,當(dāng)然并不是所有設(shè)備都能夠達到這一最大量。設(shè)備之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換角色，從設(shè)備也可轉(zhuǎn)換為主設(shè)備（比如，一個頭戴式耳機如果向手機發(fā)起連接請求，它作為連接的發(fā)起者，自然就是主設(shè)備，但是隨后也許會作為從設(shè)備運行。）藍牙核心規(guī)格提供兩個或以上的微微網(wǎng)連接以形成分布式網(wǎng)絡(luò)，讓特定的設(shè)備在這些微微網(wǎng)中自動同時地分別扮演主和從的角色。數(shù)據(jù)傳輸可隨時在主設(shè)備和其他設(shè)備之間進行（應(yīng)用極少的廣播模式除外）。主設(shè)備可選擇要訪問的從設(shè)備；典型的情況是，它可以在設(shè)備之間以輪替的方式快速轉(zhuǎn)換。因為是主設(shè)備來選擇要訪問的從設(shè)備，理論上從設(shè)備就要在接收槽內(nèi)待命，主設(shè)備的負(fù)擔(dān)要比從設(shè)備少一些。主設(shè)備可以與七個從設(shè)備相連接，但是從設(shè)備卻很難與一個以上的主設(shè)備相連。Arduino簡介Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE)。ArduinoIDE基于processingIDE開發(fā)。對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。Arduino語言基于wiring語言開發(fā)，是對AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡單學(xué)習(xí)后，也可以快速的進行開發(fā)。Arduino的型號有ArduinoUnoArduinoNanoArduinoLilyPadArduinoMega2560ArduinoEthernetArduinoDueArduinoLeonardoArduinoYún光立方簡介光立方最大的特點，就是帶給你未來3D技術(shù)的科技體驗，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍色的燈光，給人強烈的感官刺激。1.451單片機最小系統(tǒng)簡介1.單片機最小系統(tǒng)的概念：

能使單片機正常工作的最小硬件單元電路，就叫單片機最小系統(tǒng)。

2.單片機最小系統(tǒng)的組成：

(1)復(fù)位電路：t=RC1(t≥10ms);

(2)時鐘電路：C2=C3=(30±10)pF(一般是20~30pF);

(3)存儲器訪問路經(jīng)控制：EA/VPP=+5V時，先內(nèi)后外。

另外，一般還有單片機的ISP下載口也包含在單片機最小系統(tǒng)中。

系統(tǒng)邏輯框圖2.1系統(tǒng)邏輯框圖手機短信手機短信藍牙模塊LCD1602液晶屏藍牙模塊LCD1602液晶屏ArduinoArduino控制中心單片機光立方單片機光立方煙霧傳感器溫濕度傳感器第3章系統(tǒng)方案與功能3.1 系統(tǒng)方案基于藍牙無線網(wǎng)絡(luò)的手機寵物執(zhí)行arduino程序以及單片機程序。將手機來電作為觸發(fā)信號，觸發(fā)手機app發(fā)出控制出信號，同時執(zhí)行程序從而使光立方顯示不同的圖案。無手機來電信號時，光立方處于不工作狀態(tài)，但此時也執(zhí)行arduino程序，不執(zhí)行單片機程序。控制溫濕度傳感器、煙霧傳感器、lcd1602液晶顯示屏工作，并將數(shù)值顯示在液晶屏上。電源初步采用移動電源供電，后期若量產(chǎn)可用電池。3.2 系統(tǒng)功能本設(shè)計使用51單片機和Arduino開發(fā)平臺，手機來電時在光立方上顯示酷炫的圖案，融合溫濕度傳感器、煙霧傳感器達到報警值時蜂鳴器報警，正常狀態(tài)下溫濕度數(shù)值顯示在液晶屏上。呼吸燈的閃爍指示進入工作狀態(tài)。使用者可以不用時刻盯著手機，一目了然，還可以實時了解室內(nèi)的溫濕度情況，對于大多數(shù)現(xiàn)在的年輕人來說是一種解放，特別是一些有手機控的人。第4章實現(xiàn)原理4.1 實現(xiàn)原理Arduino控制藍牙模塊、溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊以及單片機最小系統(tǒng)，通過藍牙設(shè)備通信監(jiān)測手機狀態(tài)，當(dāng)手機來電或接收到短信時Arduino發(fā)出命令，向單片機發(fā)出信號，從而改變光立方的狀態(tài)。實時監(jiān)測環(huán)境溫濕度，煙霧數(shù)據(jù)，并在液晶屏上顯示，當(dāng)溫度或空氣指數(shù)大于某個數(shù)值時，認(rèn)為發(fā)生火災(zāi)。觸發(fā)蜂鳴器會發(fā)出響聲報警，光立方根據(jù)信號作出相應(yīng)的反應(yīng)，提示不同的信息。Arduino會通過藍牙發(fā)送信號給手機，通過AndroidApp的控制實現(xiàn)來電監(jiān)控，按下尋找鍵時同樣發(fā)送信號給手機，使手機發(fā)出鈴聲，確定手機的位置。第5章硬件電路設(shè)計5.1 硬件電路設(shè)計64個led小燈泡、一個呼吸燈、lcd液晶屏、蜂鳴器、按鍵、藍牙模塊、溫濕度傳感器、煙霧傳感器以及單片機最小系統(tǒng)共同構(gòu)成整個硬件電路。5.2硬件電路設(shè)計框圖單片機光立方尋找按鍵蜂鳴器單片機光立方尋找按鍵蜂鳴器呼吸燈Arduino主控Arduino主控?zé)熿F傳感溫濕度傳感藍牙模塊煙霧傳感溫濕度傳感藍牙模塊LCD1602第6章軟件設(shè)計6.1 軟件設(shè)計單片機控制光立方中有4個主要的函數(shù)：voidlaid();voidxinx();voidbaoj();voidsous();當(dāng)來電，信息，報警，搜索時，分別調(diào)用不同的函數(shù)來控制光立方做出不同的反應(yīng)。Arduino上的程序主要有：檢測傳感器，溫度顯示在LCD上，當(dāng)溫度或煙霧達到某個數(shù)值時報警；通過藍牙與手機通信；控制單片機光立方。6.2 軟件設(shè)計邏輯圖APP監(jiān)測手機狀態(tài)APP監(jiān)測手機狀態(tài)來電來電來電信息來電信息發(fā)送命令LCD顯示溫濕度LCD顯示溫濕度MCU傳感器檢測數(shù)據(jù)傳感器檢測數(shù)據(jù)光立方光立方第7章單個模塊系統(tǒng)測試7.1藍牙模塊VCC:接電源正極GND:接電源負(fù)極RXD:接收端,藍牙模塊接收從其它設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù);正常情況接其它設(shè)備的發(fā)送端TXDTXD:發(fā)送端,藍牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給其它設(shè)備;正常情況接其它設(shè)備的接收端RXDEN:使能端,需要進入AT模式時接3.3V7.2溫濕度傳感器1可以檢測周圍環(huán)境的濕度和溫度2傳感器采用DHT113濕度測量范圍：20%-95%（0度-50度范圍）濕度測量誤差：+-5%4溫度測量范圍：0度-50度溫度測量誤差：+-2度5工作電壓3.3V-5V6輸出形式數(shù)字輸出

7設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝8小板PCB尺寸：3.2cm*1.4cm9電源指示燈（紅色）10每套重量約為8g7.3煙霧傳感器MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。7.4lcd1602顯示屏1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光電源正極第16腳：背光電源負(fù)極7.5光立方本光立方采用4*4*4的形式，共用了64個白發(fā)藍的LED燈珠，每層的陰極相連，每豎的陽極相連，共用了單片機的20個I/O口，可以實現(xiàn)每個燈珠的單獨控制。根據(jù)自己個人的愛好可以隨心所欲的變換圖案給人以震撼的視覺體驗。第8章實現(xiàn)功能8.1Arduino控制藍牙模塊8.2Arduino控制溫濕度傳感器8.3Arduino控制煙霧傳感器8.4Arduino控制lcd16028.5Arduino控制單片機最小系統(tǒng)8.6單片機最小系統(tǒng)控制光立方8.7手機app向藍牙發(fā)送控制信號使用eclipse設(shè)計開發(fā)適合本設(shè)計的安裝卓手機應(yīng)用，定義來電為一個事件，通過監(jiān)控這個事件來控制app運行，設(shè)置藍牙工程，建立好藍牙通信協(xié)議，確保app的正常運行。第9章應(yīng)用前景分析9.1應(yīng)用前景本產(chǎn)品主要面向的人群是處于安靜環(huán)境下工作的人群和聾啞殘疾人士，另外就是科研院所、保密部門等不能攜帶手機進入的單位，也可放在普通家庭中以警示火災(zāi)和煤氣泄漏。安靜環(huán)境下工作的人群如果手機突然響起鈴聲，將會顯得很突兀，影響其他人的正常工作，使用本產(chǎn)品的話將會大大方便，而且可以實時了解周圍的環(huán)境情況，手機忘記放在什么地方時還能通過按鍵找回，十分方便；聾啞人士聽不到手機鈴聲可以通過看光立方來判斷手機是否來電；科研院所工作的人群往往不能帶手機進入，只能放在門口，這樣的話就可以知道外面的手機來電情況。9.2需求分析中國的科研機構(gòu)數(shù)量位居全球第二，這意味著科研院所有著數(shù)目龐大的科研人員，而他們的工作環(huán)境一般都是較為安靜的。本產(chǎn)品的使用價值就體現(xiàn)出來了。據(jù)最新資料統(tǒng)計說明，我國聽力語言殘疾居視力殘疾、肢殘、智殘等五大殘疾之首，為2057萬人，占中國人口總數(shù)的1.67%。據(jù)統(tǒng)計，我國聾啞癥的發(fā)病率約為2‰！按年均人口出生率計算，連同出生后2~3歲嬰幼兒，每年總的群體達5700萬，聽損傷的發(fā)病人數(shù)約為17萬。第10章特色10.1 藍牙特色藍牙和WIFI都屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它們的相同點是都工作在ISM2.4GHz公共頻段。目前藍牙的應(yīng)用少于wifi的應(yīng)用，但這并不代表藍牙沒有它的優(yōu)勢，只是應(yīng)用的方面不同而已。與wifi相比，藍牙不需要網(wǎng)絡(luò)，通信更加自由。藍牙使用的是FHSS（跳頻擴譜）方式，一般每秒鐘跳變1600次，將83.5MHz的頻帶劃分為79個頻帶信道，每個時刻只占1MHz的帶寬。調(diào)制方式是GFSK（高斯頻移鍵控），可以同時進行數(shù)據(jù)和語音的無線通信，通信距離一般是10米，在今年4月份推出的最新的版本Bluetooth4.0傳輸距離可以達到50米?，F(xiàn)在各種數(shù)碼產(chǎn)品中基本上都可以集成藍牙功能，比如，手機，耳機，打印機，鍵鼠，相機等等，使用范圍極其廣泛。而wifi所使用的協(xié)議時IEEE802.11b局域網(wǎng)協(xié)議，它的傳輸范圍100米，速度最大可以達到11Mbps，使用的是DSSS(直序列擴頻)和QPSK或BPSK(相移鍵控)，帶寬是22MHz。主要提供的是無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此經(jīng)?？梢栽谛枰獰o線移動上網(wǎng)的設(shè)備中看到它的身影，比如筆記本，PDA，智能手機等。10.2 光立方特色光立方的特點，就是帶給你未來3D技術(shù)的科技體驗，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍色的燈光，給人強烈的感官刺激。國慶60周年聯(lián)歡晚會的一個表演區(qū).即以天安門廣場國旗旗桿為中心,在它的四邊有4000