《基于Arduino單片機的藍牙控制燈光的系統(tǒng)設計》5300字

XVIII基于Arduino單片機的藍牙控制燈光的系統(tǒng)設計摘要：本文研究的內容是基于Arduino的藍牙控制的燈光，隨著手機越來越普遍，藍牙也成為人們生活中不可或缺的一個部分。隨著科學技術的發(fā)展，智能家居，智能技術越來越普及，在生活，學習，工作等領域藍牙燈光發(fā)揮了重要作用，也有著光明的前景。本設計在硬件設計方面，以Arduino單片機為核心控制板，利用使用藍牙模塊（HC05）通過串口接收的方式，使Arduino單片機能識別發(fā)出的數據并能判斷數據，使燈發(fā)出不同的顏色。在軟件方面，利用C語言進行編程，通過軟件來控制燈光的顏色。最后，對藍牙控制燈光的系統(tǒng)功能和性能進行測試,對結果進行分析總結,最終實現通過Android手機客戶端對LED燈進行開關和顏色調整等功能,在智能家居藍牙系統(tǒng)與LED燈照明控制方面具有一定的參考意義。關鍵詞：Arduino單片機；藍牙控制；智能目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 12系統(tǒng)整體方案 32.1設計思路 32.2結構設計 33相關技術及理論 43.1Arduino單片機的概述 43.2Andriod藍牙概述 53.3串口通信概述 54系統(tǒng)的硬件設計 74.1Arduino單片機控制系統(tǒng) 74.2藍牙硬件系統(tǒng) 85系統(tǒng)軟件設計與功能分析 95.1系統(tǒng)的軟件設計 95.2系統(tǒng)功能測試與分析 105.2.1藍牙設備連接 105.2.1控制燈光顏色變化 105.3整體測試 106結論 11參考文獻 12附錄 1緒論隨著電子信息的快速發(fā)展，人工智能在生活中發(fā)揮越來越多的作用，尤其是大大小小的燈光晚會人們展示了新時代科學技術的不斷發(fā)展和取得的進步，絢麗多彩的燈光秀繪制出一幅幅精妙絕倫的智能燈光的風景圖。面向未來，藍牙控制燈光這一先進的智能技術受到越來愈多人的喜愛。燈光控制系統(tǒng)的發(fā)展的流行性及控制系統(tǒng)本身具有穩(wěn)定性和高效性，使得燈光控制呈現出快速發(fā)展的一大趨勢。為了在未來實現這一系列的要求，無線智能照明作為一種新型照明系統(tǒng)，不僅實現了無線和自動操控之間的聯系，還讓人們在生活中方便體會到智能帶來的便利。藍牙控制燈光就是利用控制系統(tǒng)和燈光在單片機arduino上進行簡單編程，然后實現人們對于設計的各種要求[1]。隨著以后網絡的發(fā)展和更加普及，智能燈光也會應用于各種各樣的場合，成為智能生活最基礎的部分。1.1研究背景在21世紀，藍牙技術的不斷發(fā)育對于許多技術的發(fā)展和應用發(fā)揮了十分重要的作用，藍牙技術是一種短距離無線連接技術，主要用來代替難以便攜的或固定電子設備上使用的電纜或連線[2]。藍牙技術不僅能實現固定設備與無線網的短距離數據交換、還可以實現移動設備和個人域網之間的短距離數據交換，作為一種無線技術標準，藍牙技術是新興技術中發(fā)展最快使用最廣泛的一種技術，它不僅在同一個區(qū)域里面可同時連接若干個設備，同時其自身還克服了數據同步的難題。在辦公室、家庭或者是旅途中，任何電子設備間使用期間不需要線纜或連接器來操作，使用帶有藍牙技術的遙控裝置可以實現一點到多點的連接，及就是相當于在該裝置周圍組成一個“微網”，在這個小的網狀區(qū)域內部任何藍牙收發(fā)器都可與該裝置互通信號，而且這種連接無需復雜的軟件支持[3]。1.2研究意義如今，智能家居的快速發(fā)展對智能燈光的照明管理和控制等相關技術理論和操作提出很高的要求,這就讓手機智能控制變得越來越流行?，F有發(fā)育相對成熟的WiFi智能控制燈光雖然能使用手機控制，但是這種操作功耗大,對手機依賴性非常強,難以實現本地開關控制和電池供電的遙控器控制[4]。針對以上的這些問題,本設計將研究普遍支持的藍牙技術,一方面藍牙具有低功耗,遙控控制方便等特點,同時又具備手機快速連接的優(yōu)點,如果能實現多點控制,這將會成為一個很好的解決方案。本論文主要介紹智能家居中應用最多的現有的短距離無線通信藍牙技術。2系統(tǒng)整體方案2.1設計思路現在隨處可見的聲控燈越來越普及到人類的生活之中，但是我們不乏會遇到聲控失效的情景，這種情況就對于年邁的老人和幼孩來說非常的不方便，所以想到用最流行的藍牙技術來實現對于燈光的控制，藍牙系統(tǒng)不論是老年機還是電話手表都可以輕松連接，這也是現在智能家居發(fā)展的一個前景，在參考過很多類似設計之后，然后構思出藍牙控制燈光的這一設計。2.2結構設計硬件主要使用ws2812b的黑板套管和hc-05帶底板焊排針（帶狀態(tài)指示燈）完成實物的構成。使用arduino單片機開發(fā)板編寫程序，主要是利用串口實現藍牙的通信。先把程序導入到板上，通過藍牙通信（使用的是手機）來控制單片機上led燈的亮滅，還設計了不同花樣的燈光形式，展示出來的不僅僅是單調的控制燈光，對于燈光的變化風格和顏色也做了一定的設計。使用藍牙技術就只需要一部手機，在手機上下載藍牙串口app然后進行測試（相關程序的編寫見附錄）。

3相關技術及理論3.1Arduino單片機的概述Arduino是一款靈活且便捷的開源電子原型平臺。包含硬件（Arduino板）和軟件（ArduinoIDE）。這是在2005年冬季由一個歐洲開發(fā)團隊開發(fā)出來的[5]。它起初是構建于一種開放的原始碼simpleI/O介面版，并同時使用比如Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。主要包含兩個主要的部分：硬件部分是用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是ArduinoIDE，作為計算機中的程序開發(fā)環(huán)境。使用Arduino，只要在IDE中編寫程序代碼，然后將程序燒錄到Arduino電路板后，程序便會發(fā)送計算機語言告訴Arduino電路板接下來該怎么做。Arduino是一款主要以AVR單片機為核心的控制器單片機應用開發(fā)板，在開發(fā)的同時Arduino開發(fā)人員還開發(fā)了簡單的函數，并且還有許多應用庫，這樣就省去操作寄存器的麻煩了，新手人員也可以使用Arduino做出自己想要的東西[6]。Arduino的開發(fā)人員還開發(fā)了一個簡潔的IDE模板，這個集成開發(fā)環(huán)境就是用來寫代碼，編譯，調試，下載一種上位機軟件。Arduino單片機可以在沒有完全了解其內部硬件結構和寄存器設置的前提下，只大概了解它的端口作用就可以簡單操作上手。Arduino單片機對于硬件知識的要求不算太高，只要會一些簡單的C語言，就可利用Arduino單片機編寫程序。Arduino軟件語言的指令很少并且可讀性十分強，在大學生互聯網＋的比賽中常常會有許多學生選擇Arduino，這要求我們稍微懂一點C語言就可輕松上手，設計出能夠實現要求的開發(fā)板來[7]。Arduino的開源的性質決定了我們可以從Arduino相關網址、微博、或者博客、甚至我們可以在各大論壇里得到大量的免費共享資源，在這個共享平臺的幫助之下，我們在進行資源整合，創(chuàng)作出我們自己的作品。這不僅能夠加快我們創(chuàng)作作品的速度，還極大程度上提高了我們創(chuàng)作的效率[8]。Arduino最大的優(yōu)點是，Arduino開發(fā)板質量優(yōu)且廉價，對于大學生而言學習創(chuàng)作所花費的成本低，更重要一點是：不需要燒錄器，直接用USB線燒錄代碼就可以完成下載。3.2Andriod藍牙概述藍牙是一種無線電技術支持設備進行短距離通信，在包括移動電話、無線藍牙耳機、筆記本電腦等眾多種設備之間進行信息交換。使用藍牙技術，能夠有效地避開移動通信終端設備之間的有線通信，同時也能夠成功地簡化設備與因特網Internet之間的通信，這讓數據傳輸變得不在麻煩而是更加迅速并且高效，這為無線通信提供了更加便捷的道路[9]。藍牙是一種實現方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗無線通信，是現在無線個域網通信的主流技術之一，其與其他網絡相連接可以帶來更廣泛的應用，也是智能發(fā)展的一個基礎技術。藍牙技術有以下這些優(yōu)點：1、藍牙技術通過無線讓電腦和電信之間連網進行通信的技術，它適用的設備多，無需電纜就可在短距離之間進行操作。2、藍牙技術非常普及，藍牙技術產品使用起來方便快捷，利用帶藍牙設備的工具可以搜索到另外一個藍牙技術產品，然后建立兩個無線設備之間的聯系，就可以自動傳輸數據。3、藍牙技術具有十分強的安全性和抗干擾能力，藍牙技術的兼容性較好，目前看來藍牙技術已經能夠成為一項獨立于操作系統(tǒng)的技術，簡單地就可以實現各種操作系統(tǒng)中良好的兼容性能。3.3串口通信概述Arduino的串口有函數Serial.print（）類和Serial.write（）類，Serial.print（）類和用Ascii碼的形式把編碼的內容發(fā)送，所以最后接收到的是由ASCII碼組合而成的一個個數據，其本質上一種字符串；而Serial.write（）類則直接發(fā)送原始數據以字節(jié)的形式，因此我們在串口接收工具端接收到的數據不是字符串而是是亂碼，程序就是這樣在計算機中存儲的。Arduino與其它設備進行通信必須要使用到的是串口，Arduino串口共有10個可供使用的相關函數。4系統(tǒng)的硬件設計4.1arduino單片機控制系統(tǒng)本設計使用的是arduino

開發(fā)板，它主要包含兩個部分：硬件部分是用來做電路連接的Arduino電路板。另一個是ArduinoIDE，使用起來非常簡單，首先就是在IDE中編寫實現led燈光變化的相關程序代碼，完成程序之后進行多次調試無誤之后，將程序上傳到Arduino電路板上，程序便會在Arduino電路板進行相關操作[10]。單片機部分選擇了一個新手容易操作上手使用的操作簡單的arduino板。控制原理也十分簡單，就是利用串口和藍牙技術實現。圖4.1arduino單片機控制系統(tǒng)Arduino是一種開源的單片機，其軟硬件系統(tǒng)開放性十分強，在技術上也十分開放。對于I/O設備的Arduino編程，用戶經常使用的的I/O設備都已經附帶有庫文件或者樣例程序，用戶只需在此基礎上進行簡單的修改和編程，即可編寫出實現相關功能的的程序，從而實現自己想要實現的的作品，達成目標[11]。以上提供的是一個arduino板的內部設計結果，本設計中所使用到的就是這類開發(fā)環(huán)境，arduino在設計初期就帶有自身原始的數據庫和函數，所以搞清楚內部設計之后，就只需要調用自身的函數然后編程。4.2藍牙硬件系統(tǒng)本設計使用的是hc-05的藍牙模塊，它的功能十分齊全。如圖4.2所示提供的是藍牙模塊的內部設計圖以及在本設計中所使用的原理的圖示過程，在進行設計的過程中藍牙模板的使用也至關重要。把藍牙模塊和arduino連接在一起，大致完成了本設計的硬件部分。藍牙模板是藍牙技術接收的硬件設備，當手機和arduino連接之后需要觀察藍牙設備是否開啟，這上面有一個指示燈，當指示燈閃爍的時候說明藍牙連接成功，隨后再進行下一步調試。圖4.2藍牙硬件系統(tǒng)

5系統(tǒng)軟件測試與分析5.1系統(tǒng)的軟件設計本設計是基于單片機的藍牙控制燈光的整體設計，本設計中選用arduino開發(fā)環(huán)境作為單片機程序的編譯器，arduino本身自帶許多庫函數，編寫程序的時候多次調用庫函數可以方便功能的實現[12]。開始后等待軟件部分初始化之后然后將程序下載到單片機后，要對整個硬件電路做調試。與在藍牙連接成功后就可以運行程序了。本設計的設計流程圖如圖5.1所示。開始開始庫函數加載庫函數加載通信模塊初始化通信模塊初始化藍牙技術藍牙技術運行程序運行程序 圖5.1軟件件操作流程圖5.2系統(tǒng)功能測試與分析5.2.1藍牙設備連接硬件準備工作，裝備好一個arduino，一根USB線，這里的USB起到電源線的作用，arduino板的電壓為3.V-12V，所以可以接到普通的充電寶是使用。準備工作完成之后，按照之前調試的步驟進行連接。為了安全起見，必須要注意開發(fā)板收發(fā)兩個端的接法[13]。按照正確方法連接之后，再次檢查無誤后，給usb端接上電源端，當看到藍牙模塊有紅色指示燈閃爍時，打開普通Android手機。打開藍牙開關并搜索找到相應的模塊后HC-05那么點擊后連接配對，一般會要輸入配對密碼，一般為1234

或0000，輸入后配對成功便可以操作了[14]。硬件連接后，連上電腦ARDUINOIDE

并上傳相關代碼測試。5.2.1控制燈光顏色變化在Android手機上面安裝串口助手，連接藍牙之后匹配連接，通過不同的程序調用函數對燈光進行編程和設置，在串口助手上面設置每個模式的編號然后進行操作，每個對應的編碼呈現不同的燈光變化，主要是通過串口通信和藍牙之間的操作來控制燈光[15]。5.3整體測試本文已完成基于單片機的藍牙控制燈光的整體設計，現將就已設計好的系統(tǒng)進行系統(tǒng)調試。本設計中選用arduino開發(fā)環(huán)境作為單片機程序的編譯器，在程序下載到單片機后，要對整個硬件電路做調試。使用andriod手機上面的藍牙串口app，打開藍牙開關并搜索找到相應的模塊后點擊后連接配對，一般會要輸入配對密碼，初始密碼一般是1234

或者0000，輸入后配對成功。在成功連接硬件后，再連上電腦arduino進行相關代碼測試。為了得到燈光的不同設置，設計程序時進行修改和精進程序，再重復上述過程，系統(tǒng)調試完成。6結論本文著重研究的內容是基于arduino單片機的智能藍牙控制燈光系統(tǒng)。在日常生活中，越來越多的人對藍牙燈光越來越感興趣，通過控制終端隨意遙控屋內任一回路；電燈開啟時，燈光可以根據我們設計的不同程序進行轉換，在不同場景切換時也是方便實現。在如今的這個時代，很多年輕人不愿意在房間設置過多開關，他們總把注意力一大半放在手機等電子產品上，因此將總線路控制集合到一部電子產品中，通過該產品的藍牙端便可以控制住宅內所有的燈；電路中使用的硬件有arduino單片機最小系統(tǒng)、arduino開發(fā)板一塊，藍牙模塊一個，杜邦線若干根，USB通訊線一根，ANDROID手機一個通過電路設計與仿真測試，完成原理圖設計，硬件搭建，代碼編寫，最終達到使用要求。參考文獻陳呂洲