一种基于手机蓝牙的智能家居系统设计

林志谋

（厦门海洋职业技术学院 机电工程系，福建 厦门 361012）

一种基于手机蓝牙的智能家居系统设计

林志谋

（厦门海洋职业技术学院 机电工程系，福建 厦门 361012）

开发一种基于手机蓝牙的智能家居控制系统，利用远端安卓手机发送家居设备控制指令，由本地端手机接收后，再利用手机蓝牙发送给家居设备主控模块，实现了远端安卓手机与家居设备的无线控制功能。

蓝牙；单片机；智能家居

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们越来越注重自己生活环境的舒适﹑安全与便利。近年来兴起的智能家居系统满足了人们的这种需求，它有效地在家居环境中组建家庭信息网络，将各种家电产品结合成一个有机整体，对家电设备进行集中或异地智能化控制与管理，并且能够与外界进行信息交流。无论是安卓手机，还是IOS或者Windows手机，蓝牙已经成为它们的标准配置，蓝牙不仅已是可穿戴产品的必用技术之一，也广为智能家电所采用，这使得采用手机蓝牙来控制智能家居成为可能，而且绝大部分配置了蓝牙的安卓智能手机价格很低廉，有利于降低利用手机蓝牙控制智能家居的成本［1］。本文采用Android手机作为设备控制端，通过手机蓝牙通信控制低成本的单片机控制系统，由单片机控制系统再去控制各种家用电器，单片机控制系统可采用采集各种信号，比如烟雾信号，温度湿度信号，人体感应信号等，再发送回控制手机，根据情况作出预警和提示，从而保障家庭的财产和生命安全。

1 硬件系统的设计与实现

基于手机蓝牙的智能家居硬件系统主要包括远端安卓手机，本地端安卓手机，蓝牙串通信模块和单片机主控模块等等，总体模块框图如图1所示：

图1 基于手机蓝牙的智能家居硬件系统总体模块框图

1.1 本地单片机主控模块

本文采用AT89S51，是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度﹑非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，而且运用于电路设计时具备ISP在线编程技术［1］。它具备上面所述的所有特点，能以很高的性价比来满足我们的设计需求。

1.2 HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块

本文采用的是HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块，HC05 模块，是 ALIENTEK 生成的一款高性能主从一体蓝牙串口模块［2］，可以同各种带蓝牙功能的电脑﹑蓝牙主机﹑手机﹑PDA﹑PSP 等智能终端配对，该模块支持非常宽的波特率范围：4 800～1 382 400，并且模块兼容 5 V 或 3.3 V 单片机系统，可以很方便与您的产品进行连接。使用非常灵活﹑方便。与单片机串口连接时，两者之间相互可以读写。例如单片机给HC-05传递数据，即单片机向HC-05写数据，HC-05从单片机读取数据，那么串口连接处单片机的写端P3.1引脚（TXD）就与HC-05读端（RXD）相连，反之蓝牙向单片机传递数据时，HC-05写端（TXD）与单片机的读端P3.0引脚（RXD）相连。蓝牙设置决定了蓝牙模块自动连接工作后的角色，主角色（Master）会自动搜索配对连接，从角色（Slave）只被动接受连接，不会主动搜索，回环角色（Loopback），属于被动连接，接收远程蓝牙主设备数据并将数据原样返回给远程蓝牙主设备。此处HC-05模块和手机蓝牙通信，手机可以主动建立连接，所以HC-05可以使用从角色。

1.3 本地安卓手机

本地安卓手机通过蓝牙功能与HC-05蓝牙模块通信，通过本地控制端APP实现对HC-05蓝牙模块通信搜索匹配和通信，可以通过该APP发送对家居设备的控制指令，比如打开或者关闭，同时可以接收家居设备返回的一些数据信息。本地安卓手机还可以接收远端安卓手机的控制指令，实现对家居设备的控制。

1.4 远端安卓手机

远端安卓手机通过远端控制APP以短信的形式与本地安卓手机实现通信，短信内容主要包括密码和家居设备控制指令。

1.5 继电器模块

单片机主控模块接受遥控指令后，由单片机的一个管脚配合三极管和相应的继电器电路控制家居设备的开关。以控制电风扇开关为例，将控制电风扇开关的单片机引脚设定为P1^1，当该引脚为高电平时继电器吸合，电风扇开，当为低电平时继电器断开，电风扇关。电路图如图2所示。

2 软件的设计与实现

2.1 单片机端软件的设计

单片机端软件采用C51语言的编程，开发环境为Keil，在本设计中只需完成蓝牙基本数据传输即可。此部分软件包括初始化﹑蓝牙交互﹑处理数据三个部分，单片机端蓝牙基本数据传输模块程序主要流程如图3所示。

图2 继电器模块电路图

图3 单片机端蓝牙基本数据传输模块程序主要流程图

初始化包括系统初始化和蓝牙初始化。系统初始化包括系统时钟初始化﹑管脚分配﹑串口初始化﹑定时器初始化等，蓝牙初始化是通过UART给蓝牙模块发送一系列初始化指令，蓝牙模块返回事件，交互完成一系列的复位﹑鉴权﹑读地址等初始化操作。

蓝牙交互就是初始化完成后，若本地蓝牙作从设备，则等待远端蓝牙设备的建链请求，如果接受请求，则继续等待建链成功，获得一个连接句柄，从而进行数据交换；若本地蓝牙作主设备，则进行一系列主动查询﹑建链﹑发送数据﹑断链等操作。

处理数据就是将有效数据转存到相应位置等一系列后续操作。需要注意的是，在程序的主循环中，需要实时判断串口接收缓冲区是否有数据，有数据则调用HCI状态机进行处理。

2.2 本地安卓手机软件的设计

本地安卓手机APP采用Eclipse作为开发环境，利用JAVA语言编写，主要完成与HC-05蓝牙串口模块的通信，并发送相应的控制指令。Android提供了许多蓝牙API来执行这些不同的操作：扫描其他蓝牙设备，获取配对设备列表；连接到通过服务发现其他设备。Android提供BluetoothAdapter类进行蓝牙通信。主要流程图如图4所示：

图4 本地安卓手机与HC-05蓝牙模块的程序主要流程图

2.3 远端安卓手机软件的设计

远端安卓手机APP也采用Eclipse作为开发环境，利用JAVA语言编写。主要利用短信完成家居设备控制指令和密码的发送和状态信息的接收。短信功能用到了SmsManager和SmsMessage两个主要类，最简单的发送短信条件就是有电话号码和还有控制指令的短信内容，调用SmsManager的sendTextMessage方法即可，主要流程图如图5所示：

图5 远端安卓手机发送控制指令或接收状态信息

3 结语

蓝牙功能已经成为安卓手机或者苹果手机的标准配置，安卓手机由于价格等优势，得到了普及，市场份额高。本文开发了一种基于手机蓝牙的智能家居控制系统，在该系统中，利用远端安卓手机通过短消息发送家居设备的各种控制指令，比如开启﹑关闭指令，由本地端手机通过接收短消息后，再经过手机蓝牙模块传给单片机主控制模块，并在单片机主控端编写了一个基本的蓝牙及模拟家电控制程序，从而实现了远端安卓手机与家居设备的无线控制功能，整个系统成本较为低廉，可以不用使用第三方服务器实现对家居设备的控制，安全性能和私密性相对较高，为智能家居的普及降低了价格门槛。

［1］ 张芹.基于移动互联网的智能家居终端控制系统的设计与研究［D］. 南京：南京理工大学，2014 .

［2］ 杨长龙. 基于蓝牙技术的智能家居控制器的研究与设计［D］. 北京：北京工业大学，2013.

A Design of Smart Home System Based on the Bluetooth of Mobile Phone

LIN Zhimou
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Xiamen Ocean Vational College，Xiamen Fujian 361012， China）

This paper develops an intelligent control system based on bluetooth for smart home furnishing. In this system，the control commands are sent by the local mobile phone to control the smart home furnishing，which come from remote android mobile phone. In this way，the communication between the remote android mobile phone and smart home furnishing is achieved.

bluetooth；SCM；smart home

TN871

：B

：1672-6138（2017）01-0010-03

10.3969/j.issn.1672-6138.2017.01.003

［责任编辑：吴卓］

2016-12-12

福建省教育厅科技项目（JA14405）。

林志谋（1978—），男，福建厦门人，硕士，讲师，高级系统分析师，研究方向：通信技术﹑嵌入式系统和移动应用开发。