博創(chuàng)杯作品設(shè)計(jì)方案報(bào)告

博創(chuàng)杯作品設(shè)計(jì)方案報(bào)告文檔第十一屆“博創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告手機(jī)寵物Phonepet設(shè)計(jì)報(bào)告隊(duì)伍編號(hào)：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(jī)和Arduino開發(fā)平臺(tái)，以藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)手機(jī)寵物光立方以及傳感器系統(tǒng)。運(yùn)用光立方監(jiān)控手機(jī)來(lái)電事件，使用溫、濕度傳感器獲取溫、濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)煙霧傳感器進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。使用51單片機(jī)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(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。除實(shí)現(xiàn)手機(jī)來(lái)電感知外，該設(shè)計(jì)還能實(shí)時(shí)監(jiān)控溫、濕度，進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。關(guān)鍵詞：藍(lán)牙傳輸、光立方，傳感器、來(lái)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(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介..........................................................51.2Arduino簡(jiǎn)介...........................................................51.3光立方簡(jiǎn)介............................................................61.451單片機(jī)最小系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)原理............................................................74.1 實(shí)現(xiàn)原理............................................................7第5章硬件電路設(shè)計(jì)........................................................75.1 硬件電路設(shè)計(jì)........................................................75.2硬件電路設(shè)計(jì)框圖...................................................8第6章軟件設(shè)計(jì)............................................................86.1 軟件設(shè)計(jì)............................................................86.2 軟件設(shè)計(jì)邏輯圖......................................................9第7章單個(gè)模塊系統(tǒng)測(cè)試.....................................................97.1藍(lán)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(shí)現(xiàn)功能...........................................................118.1Arduino控制藍(lán)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(jī)最小系統(tǒng).........................................128.6單片機(jī)最小系統(tǒng)控制光立方......................................138.7手機(jī)app向藍(lán)牙發(fā)送控制信號(hào)....................................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(lán)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(xiàn)..................................................................15緒論藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介是一種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)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(wú)線電波）。藍(lán)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(shí)是作為RS232數(shù)據(jù)線的替代方案。藍(lán)牙可連接多個(gè)設(shè)備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。藍(lán)牙主設(shè)備最多可與一個(gè)微微網(wǎng)（一個(gè)采用藍(lán)牙技術(shù)的臨時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）中的七個(gè)設(shè)備通訊,當(dāng)然并不是所有設(shè)備都能夠達(dá)到這一最大量。設(shè)備之間可通過(guò)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(gè)頭戴式耳機(jī)如果向手機(jī)發(fā)起連接請(qǐng)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(huì)作為從設(shè)備運(yùn)行。）藍(lán)牙核心規(guī)格提供兩個(gè)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(dòng)同時(shí)地分別扮演主和從的角色。數(shù)據(jù)傳輸可隨時(shí)在主設(shè)備和其他設(shè)備之間進(jìn)行（應(yīng)用極少的廣播模式除外）。主設(shè)備可選擇要訪問(wèn)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?yàn)槭侵髟O(shè)備來(lái)選擇要訪問(wèn)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(gè)從設(shè)備相連接，但是從設(shè)備卻很難與一個(gè)以上的主設(shè)備相連。Arduino簡(jiǎn)介Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE)。ArduinoIDE基于processingIDE開發(fā)。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。Arduino語(yǔ)言基于wiring語(yǔ)言開發(fā)，是對(duì)AVRGCC庫(kù)的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)后，也可以快速的進(jìn)行開發(fā)。Arduino的型號(hào)有ArduinoUnoArduinoNanoArduinoLilyPadArduinoMega2560ArduinoEthernetArduinoDueArduinoLeonardoArduinoYún光立方簡(jiǎn)介光立方最大的特點(diǎn)，就是帶給你未來(lái)3D技術(shù)的科技體驗(yàn)，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍(lán)色的燈光，給人強(qiáng)烈的感官刺激。1.451單片機(jī)最小系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.單片機(jī)最小系統(tǒng)的概念：

能使單片機(jī)正常工作的最小硬件單元電路，就叫單片機(jī)最小系統(tǒng)。

2.單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成：

(1)復(fù)位電路：t=RC1(t≥10ms);

(2)時(shí)鐘電路：C2=C3=(30±10)pF(一般是20~30pF);

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

另外，一般還有單片機(jī)的ISP下載口也包含在單片機(jī)最小系統(tǒng)中。

系統(tǒng)邏輯框圖2.1系統(tǒng)邏輯框圖手機(jī)短信手機(jī)短信藍(lán)牙模塊LCD1602液晶屏藍(lán)牙模塊LCD1602液晶屏ArduinoArduino控制中心單片機(jī)光立方單片機(jī)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(lán)牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)寵物執(zhí)行arduino程序以及單片機(jī)程序。將手機(jī)來(lái)電作為觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)手機(jī)app發(fā)出控制出信號(hào)，同時(shí)執(zhí)行程序從而使光立方顯示不同的圖案。無(wú)手機(jī)來(lái)電信號(hào)時(shí)，光立方處于不工作狀態(tài)，但此時(shí)也執(zhí)行arduino程序，不執(zhí)行單片機(jī)程序?？刂茰貪穸葌鞲衅鳌熿F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(dòng)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(jì)使用51單片機(jī)和Arduino開發(fā)平臺(tái)，手機(jī)來(lái)電時(shí)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(dá)到報(bào)警值時(shí)蜂鳴器報(bào)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(jìn)入工作狀態(tài)。使用者可以不用時(shí)刻盯著手機(jī)，一目了然，還可以實(shí)時(shí)了解室內(nèi)的溫濕度情況，對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)在的年輕人來(lái)說(shuō)是一種解放，特別是一些有手機(jī)控的人。第4章實(shí)現(xiàn)原理4.1 實(shí)現(xiàn)原理Arduino控制藍(lán)牙模塊、溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)，通過(guò)藍(lán)牙設(shè)備通信監(jiān)測(cè)手機(jī)狀態(tài)，當(dāng)手機(jī)來(lái)電或接收到短信時(shí)Arduino發(fā)出命令，向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，從而改變光立方的狀態(tài)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)數(shù)值時(shí)，認(rèn)為發(fā)生火災(zāi)。觸發(fā)蜂鳴器會(huì)發(fā)出響聲報(bào)警，光立方根據(jù)信號(hào)作出相應(yīng)的反應(yīng)，提示不同的信息。Arduino會(huì)通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送信號(hào)給手機(jī)，通過(guò)AndroidApp的控制實(shí)現(xiàn)來(lái)電監(jiān)控，按下尋找鍵時(shí)同樣發(fā)送信號(hào)給手機(jī)，使手機(jī)發(fā)出鈴聲，確定手機(jī)的位置。第5章硬件電路設(shè)計(jì)5.1 硬件電路設(shè)計(jì)64個(gè)led小燈泡、一個(gè)呼吸燈、lcd液晶屏、蜂鳴器、按鍵、藍(lán)牙模塊、溫濕度傳感器、煙霧傳感器以及單片機(jī)最小系統(tǒng)共同構(gòu)成整個(gè)硬件電路。5.2硬件電路設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)光立方尋找按鍵蜂鳴器單片機(jī)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(lán)牙模塊煙霧傳感溫濕度傳感藍(lán)牙模塊LCD1602第6章軟件設(shè)計(jì)6.1 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制光立方中有4個(gè)主要的函數(shù)：voidlaid();voidxinx();voidbaoj();voidsous();當(dāng)來(lái)電，信息，報(bào)警，搜索時(shí)，分別調(diào)用不同的函數(shù)來(lái)控制光立方做出不同的反應(yīng)。Arduino上的程序主要有：檢測(cè)傳感器，溫度顯示在LCD上，當(dāng)溫度或煙霧達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)報(bào)警；通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)通信；控制單片機(jī)光立方。6.2 軟件設(shè)計(jì)邏輯圖APP監(jiān)測(cè)手機(jī)狀態(tài)APP監(jiān)測(cè)手機(jī)狀態(tài)來(lái)電來(lái)電來(lái)電信息來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)光立方光立方第7章單個(gè)模塊系統(tǒng)測(cè)試7.1藍(lán)牙模塊VCC:接電源正極GND:接電源負(fù)極RXD:接收端,藍(lán)牙模塊接收從其它設(shè)備發(fā)來(lái)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(lán)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(jìn)入AT模式時(shí)接3.3V7.2溫濕度傳感器1可以檢測(cè)周圍環(huán)境的濕度和溫度2傳感器采用DHT113濕度測(cè)量范圍：20%-95%（0度-50度范圍）濕度測(cè)量誤差：+-5%4溫度測(cè)量范圍：0度-50度溫度測(cè)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(shí)，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(jiǎn)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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)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(shí)，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(gè)白發(fā)藍(lán)的LED燈珠，每層的陰極相連，每豎的陽(yáng)極相連，共用了單片機(jī)的20個(gè)I/O口，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)燈珠的單獨(dú)控制。根據(jù)自己個(gè)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(yàn)。第8章實(shí)現(xiàn)功能8.1Arduino控制藍(lán)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(jī)最小系統(tǒng)8.6單片機(jī)最小系統(tǒng)控制光立方8.7手機(jī)app向藍(lán)牙發(fā)送控制信號(hào)使用eclipse設(shè)計(jì)開發(fā)適合本設(shè)計(jì)的安裝卓手機(jī)應(yīng)用，定義來(lái)電為一個(gè)事件，通過(guò)監(jiān)控這個(gè)事件來(lái)控制app運(yùn)行，設(shè)置藍(lán)牙工程，建立好藍(lán)牙通信協(xié)議，確保app的正常運(yùn)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(jī)進(jìn)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(jī)突然響起鈴聲，將會(huì)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(huì)大大方便，而且可以實(shí)時(shí)了解周圍的環(huán)境情況，手機(jī)忘記放在什么地方時(shí)還能通過(guò)按鍵找回，十分方便；聾啞人士聽不到手機(jī)鈴聲可以通過(guò)看光立方來(lái)判斷手機(jī)是否來(lái)電；科研院所工作的人群往往不能帶手機(jī)進(jìn)入，只能放在門口，這樣的話就可以知道外面的手機(jī)來(lái)電情況。9.2需求分析中國(guó)的科研機(jī)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(jià)值就體現(xiàn)出來(lái)了。據(jù)最新資料統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，我國(guó)聽力語(yǔ)言殘疾居視力殘疾、肢殘、智殘等五大殘疾之首，為2057萬(wàn)人，占中國(guó)人口總數(shù)的1.67%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)聾啞癥的發(fā)病率約為2‰！按年均人口出生率計(jì)算，連同出生后2~3歲嬰幼兒，每年總的群體達(dá)5700萬(wàn)，聽損傷的發(fā)病人數(shù)約為17萬(wàn)。第10章特色10.1 藍(lán)牙特色藍(lán)牙和WIFI都屬于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它們的相同點(diǎn)是都工作在ISM2.4GHz公共頻段。目前藍(lán)牙的應(yīng)用少于wifi的應(yīng)用，但這并不代表藍(lán)牙沒有它的優(yōu)勢(shì)，只是應(yīng)用的方面不同而已。與wifi相比，藍(lán)牙不需要網(wǎng)絡(luò)，通信更加自由。藍(lán)牙使用的是FHSS（跳頻擴(kuò)譜）方式，一般每秒鐘跳變1600次，將83.5MHz的頻帶劃分為79個(gè)頻帶信道，每個(gè)時(shí)刻只占1MHz的帶寬。調(diào)制方式是GFSK（高斯頻移鍵控），可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的無(wú)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(dá)到50米?，F(xiàn)在各種數(shù)碼產(chǎn)品中基本上都可以集成藍(lán)牙功能，比如，手機(jī)，耳機(jī)，打印機(jī)，鍵鼠，相機(jī)等等，使用范圍極其廣泛。而wifi所使用的協(xié)議時(shí)IEEE802.11b局域網(wǎng)協(xié)議，它的傳輸范圍100米，速度最大可以達(dá)到11Mbps，使用的是DSSS(直序列擴(kuò)頻)和QPSK或BPSK(相移鍵控)，帶寬是22MHz。主要提供的是無(wú)線上網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此經(jīng)?？梢栽谛枰獰o(wú)線移動(dòng)上網(wǎng)的設(shè)備中看到它的身影，比如筆記本，PDA，智能手機(jī)等。10.2 光立方特色光立方的特點(diǎn)，就是帶給你未來(lái)3D技術(shù)的科技體驗(yàn)，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍(lán)色的燈光，給人強(qiáng)烈的感官刺激。國(guó)慶60周年聯(lián)歡晚會(huì)的一個(gè)表演區(qū).即以天安門廣場(chǎng)國(guó)旗旗桿為中心,在它的四邊有4000