蓝牙控制风扇

蓝牙控制风扇高辉男1995.05仪器科学与电气工程学院电气工程及其自动化13级[e-mail]屠志天男1995.03仪器科学与电气工程学院电气工程及其自动化13级[e-mail]张荣光男1995.03仪器科学与电气工程学院电气工程及其自动化13级[e-mail]作品类别：基本电子技术应用类目录引言1一、方案设计1二、总体设计3三、单元电路（或软件模块）设计3四、单元电路测试7五、整体测试10六、结论10七、附录10八、参考文献13-1-引言当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等特点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。本次设计就是用STC89C51单片机制作了一款简易的蓝牙控制风扇装置，很多时候手动去开关一些家用电器很不方便，该设计的意义在于方便人们控制这些设备，通过手机就可以轻松远程遥控，非常方便。该设计主要用到了蓝牙通信技术，目前该技术已经十分成熟，几乎每款手机都配有蓝牙功能，蓝牙耳机等产品也已经出现，通过蓝牙控制家用电器的研究也正在火热的进行中，具有良好的应用前景。一、方案设计1、方案选择基于MAX系列的EPM570T100C5芯片，利用VHDL语言实现，该方案的优势是我们曾在去年的小学期实习时学习过这种芯片的使用，比较熟悉，但是这种芯片并不常见，而且VHDL语言不如C语言灵活。硬件流程图如下：手机蓝牙模块芯片继电器风扇-2-直接将蓝牙模块的输出端口TXD接在继电器上，这种接发虽然十分方便，也免去了编程的麻烦，但是这种控制会不稳定，而且无法实现功能扩展，局限性很大。硬件流程图如下：基于STC89C51单片机，通过C语言编程实现。51单片机接口简单，内部资源丰富，可以实现大多数控制功能。硬件流程图如下：软件流程图如下：2、方案确定题目要求通过蓝牙实现控制，只需要控制风扇开关即可，就目前的实验设备来看，单片机比较实用。因为目前单片机应用比较广泛，使用简单，功能强大，C语言编程逻辑性强，并且我们正在学习嵌入式又有比较好的C语言基础，所以采用此方案。除此之外，单片机编程方便，程序易于修改，利于实现功能扩展，可以用来控制更加复杂的设备，这是其它方法不具有的优势。手机蓝牙模块继电器风扇手机蓝牙模块单片机继电器风扇开始等待中断P2.0口状态取反-3-3、理论分析与方案论证该方案主要通过单片机来实现控制，具体工作过程为：手机通过蓝牙发送数据给蓝牙模块，蓝牙模块将接收到的数据传送给单片机，单片机接收到数据后触发中断，单片机将P2.0口状态取反，电磁继电器打开（关闭），风扇转动（停止）。蓝牙模块负责接收数据，单片机负责控制继电器，继电器负责控制风扇开关。二、总体设计本装置采用STC89C51单片机，分成单片机控制模块、蓝牙控制模块、电磁继电器控制模块、风扇模块等部分。（1）单片机控制模块，基于单片机的芯片及其他电子元器件与控制外部电路的集成板组合在一起的控制器。应用C语言来编写控制动作流程以达到控制风扇的最终目的。（2）蓝牙控制模块，通过蓝牙模块HC-06，实现接收手机的数据并发送给单片机。（3）电磁继电器控制模块，经过一个三极管电路与单片机相连，受单片机P2.0管脚控制，低电平继电器闭合，风扇转动。（4）风扇模块，5V风扇通过一个USB接口连接到电路上，通过控制USB口的通电情况来控制风扇的开关。三、单元电路（或软件模块）设计1、单片机模块-4-单片机模块主要就是单片机最小系统，除此之外还使用了P3.0(RXD),P3.1(TXD),P2.0(普通I/O)。本设计采用STC89C51单片机，单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机集成度高。单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031无）、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口。系统结构简单，使用方便，实现模块化;单片机可靠性高，可工作到10^6~10^7小时无故障;处理功能强，速度快。STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强。通常单片机有最小系统，也就是单片机可工作的最小配置，包括复位端和时钟端（如图3所示）本次设计就是基于这个最小系统而设计的。如图1:-5-图1单片机最小系统电路图2、蓝牙控制模块蓝牙模块（BlueToothModule）又叫蓝牙内嵌模块、蓝牙模组，一般意义上的蓝牙模块主要面向产品需要增加蓝牙无线传输功能的用户，用户不需要了解详细的蓝牙技术，进行蓝牙软、硬件开发，只需提出自身产品要求的电路接口、数据格式、通讯对象即可，这样可以节省用户的技术投入成本，缩短其产品上市时间。HC-06可以实现简单的的串口通信，通过AT指令还可以设置名字，波特率等信息。本设计只用到了四个端口，包括两个电源端（VCC,GND）,及两个输入输出端（RXD,TXD）。如图2:-6-图2蓝牙模块3、电磁继电器控制模块继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本设计采用5V继电器，型号为TIANBO生产的HJR-3FF-S-Z，驱动5V风扇，具体使用时需要接一个三极管，型号为8050。三极管的基极接单片机的P2.0口作为控制端，除此之位还需要接一个保护二极管，型号为1N4001。如图3:-7-图3继电器模块电路图4、风扇模块风扇使用的是市场上卖的普通5V风扇，采用USB口供电，我们在电路板上焊接了一个USB母口用于给风扇供电，通过继电器控制此口，进而控制风扇，使用十分方便。四、单元电路测试所用仪器:万用表UT33系列1、单片机模块在焊接晶振电路时由于我的疏忽导致两个电容之间忘记接地了，所以第一次测试时什么现象都没有，由于是第一次焊单片机电路，以为是一些别的东西没有考虑到，一开始一直没有发现原因，后来看电路图无意之间发现是我的电路图画错了，改正之后测试成功。-8-另一个错误是队友把单片机的RXD端接蓝牙模块的RXD端，单片机的TXD端接蓝牙模块的TXD端，不过好在测试之前就发现了并改正过来了。2、蓝牙控制模块首先测试蓝牙模块能否正常使用，将蓝牙模块接上电源，蓝牙模块指示灯闪烁，通过手机上的蓝牙串口软件搜索到蓝牙，名字是HC06，连接成功连接上指示灯不再闪烁，保持常亮状态，测试成功。之后是测试数据收发，蓝牙模块默认的波特率是9600，单片机使用的晶振是12MHz，计算时采用11.0592MHz。串行口工作方式选择方式1，即10位异步收发。定时器选择T1,工作方式选择方式2，即8位自动重装计数初值计数器。计算出的TH1=0xFD，TL1=0xFD，程序设计的是将收到的数据再发送回手机，以便对比数据是否出错，但是发现最后发现总是单片机将收到的数据加0x80再送回手机，比如发送0x01,送回0x81,如果发送0x91,送回的数据不变，实际上是将数据最高为置1。后来就将TH1和TL1改为0xFC，结果是总是将发送的数据最高为置0，不过由于本设计只需要控制开和关，因此只需将程序设计成只要收到数据就将P2.0口取反就可以了，而无需考虑接收到的数据是多少。另一个问题是手机在连接蓝牙模块时有时会连接不上，有时得连好几次才能连接上，不知道是蓝牙模块的问题还是手机的问题。3、电磁继电器控制模块在此模块遇到的问题比较多，首先就是继电器的接法，由于-9-之前根本没有学过，所以只能上网查，第一次买的是6脚继电器，我在网上找了好几天也没看明白到底该怎么接，网上说的都比较笼统，后来我又买了个5脚的，这回算是勉强找到接法了，但是后来又看到网上说继电器是感性器件，单片机的管脚不能直接接在继电器上，需要连接一个三极管电路，由于之前一点都不懂，我也不知道应不应该，就照着上面说的做了，最后确实好用。另一个问题，网上写的是需要在P2.0端口和三极管的基极接一个1KΩ的电阻，但是实际电路焊好后发现有这个电阻的话P2.0端口无法控制继电器，而把它去掉之后就可以控制了。最后一个问题，我们当时将电路和风扇公用一个5V电源，当不接风扇时发现可以控制继电器开合，但是当接上风扇后就控制不了风扇了，估计是风扇功率太大，于是我将两部分该为分别用两个5V电源供电，最后成功控制。4、风扇模块开始我们想选择那种电子市场卖的那种普通的黑色小风扇，但是后来发现控制商店卖的那种风扇更实用一些，而且那种风扇采用USB接口供电，连接到电路时更方便。这一部分除了在上一部分提到的问题就没再遇到过其它问题了。5、其它部分其它遇到的问题主要就是各种元件的接法，包括USB接口，圆孔电源插头和自锁开关，这些元件的接法都是在网上现找的。当时在连自锁开关时想当然以为左面三个连在一起，右面三个连-10-在一起，结果发现不好使，后来上网一查才发现原来接法很复杂，经过一番波折之后才终于把它接好。五、整体测试将各模块连接完成后进行整体测试：接通电源后，打开开关，风扇不转，蓝牙模块指示灯闪烁，手机通过蓝牙串口app搜索并连接到蓝牙模块上，此时蓝牙模块指示灯处于常亮状态，通过app向蓝牙模块发送任意数据，蓝牙模块接收到数据并传送给单片机，单片机将P2.0口状态取反，继电器闭合，USB口上电，风扇转动，再次发送任意数据，经历相同过程，继电器断开，USB口断电，风扇停止转动。经测试，当手机按键按下时，风扇立即停止转动，几乎无延迟，控制距离可以达到至少3米以上，完美实现了手机控制风扇的功能。六、结论经测试，该装置可以实现对风扇的无线控制，基本达到预期目的。不过仍有不足，第一：单片机和风扇采用单独两个电源供电，不是很方便，将来可以考虑将两个电源合二为一。第二：手机与蓝牙模块连接，有时候会连接失败，得试好几次才能成功，不知道是手机的问题还是蓝牙模块的问题，将来可以考虑使用更好一点的蓝牙模块。可以改进的地方是受控设备，本设计只需控制风扇一开一关两个状态，将来可以考虑通过蓝牙控制灯光的亮暗，或者控制小车等。七、附录：1、单片机程序：-11-#includereg52.h#defineucharunsignedchar;#defineuintunsignedint;sbitpower=P2^0;ucharuart_data;voidmain(void){TMOD=0X20;//选择定时器T1，工作方式2TH1=0xFD;TL1=0xFD;TR1=1;//开定时器T1ES=1;EA=1;SCON=0X50;//选择串行口工作方式1power=1;//P2.0口初始化为1，风扇不转while(1);}voidserial_IT(void)interrupt4{if(RI==1)//只要是接收中断，就把P2.0口取反{RI=0;uart_data=SBUF;SBUF=uart_data;power=~power;}elseTI=0;}2、主要元器件与调试仪器：数字万用表、单片机STC89C51、单片机座DIP40、12M晶振、30pF瓷片电容、10μF电解电容、10K电阻、二极管、三极管、自锁开关、5V继电器、USB接口、5V变压器、圆口电源插座、电路板、导线焊锡若干、蓝牙模块、小风扇3、整体电路图