基于蓝牙的51单片机智能控制开关设计

孟毅博,肖玉兰,张文

（内江师范学院物理与电子信息工程学院四川内江 641110）

1 引言

智能家居是高科技光速发展的现代社会最热门的话题之一，最终目的是通过网络等信息化方法实现对家用电器等的智能化控制，使其能够按照人们的设想去工作运行，但却不考虑距离的远近。智能化和远程控制是智能家居的两大特色。目前，已经有越来越多的企业和个人开始了对智能家居的研究。随着网络通信技术的发展，特别是蓝牙通信技术的发展，智能家居系统可提供遥控、家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制及计算机控制等多种功能，使生活更加舒适、便利和安全。电子科技的发展已经极大地优化了人们的生活，基于单片机与移动通信技术的蓝牙无线家电开关控制系统已经逐步在高端住宅场合得到了推广和应用并取得了一致的好评。

2 工作原理

单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。此智能家居控制系统以51单片机为核心，通过蓝牙通信技术，把传感器实时采集到的数据反馈给智能手机终端控制平台。智能手机控制平台分析、处理收到的反馈数据，通过蓝牙通信技术返回给51单片机相应的指令信息。51单片机接收和解析指令，利用电路和各元器件(计数器、信号发生器等)发出相应的电平信号。电磁继电器接收给定的电平信号，并做出响应，控制智能家用电器的开启或关闭，从而实现家用电器的自动控制。

系统的遥控是利用蓝牙模块，用户可通过手机APP实时查看家用电器的状态，从而实现远程控制。

图1 原理图

3 无线通信技术

在现代通信技术中，居民住宅使用的无线通信技术大多以蓝牙通信和WiFi通信为主。相比较两种无线通信技术，WiFi的信号更稳定、传输距离更远、适用范围更广，但在智能家用电器开或关的使用过程中，运用WiFi的话会比较麻烦，手机要不定时的连接不同的WiFi网络，才能够对智能家用电器进行遥控，但蓝牙能很好地弥补这一问题，手机可同时连接蓝牙和WiFi，这就能使智能家用电器实现稳定的、可靠的多点控制[1]。

本设计基于蓝牙通信技术，以51单片机为核心。蓝牙模块采用工业级HC-05蓝牙模块完成手机蓝牙指令的接收和通信，然后和单片机控制电路之间通过串口通信电路完成数据的传输。单片机控制单元通过解析所接收到的蓝牙指令，然后对相应的家用电器开关进行开启和关闭的操作。

图2 蓝牙模块电路图

4 系统设计

4.1 硬件电路设计

4.1.1 单片机系统电路 考虑到经济性和控制精度需求，系统的硬件设计使用51单片机。该单片机拥有4KB的Flash存储器、32根I/O线外部存贮器，2个16bit的定时器/计数器、5个中断源、2个中断优先级和全双工串行口，完全满足本设计的控制需求[2]。另外，51单片机在电子设计中有大量的应用途径，稳定性较好，价格适中，兼容性好。单片机最小系统电路图3所示。

图3 单片机最小系统电路图

4.1.2 驱动电路 驱动电路作为整个智能家居控制系统的重要组成部分，通过接收单片机控制单元对蓝牙指令解析之后而发出的命令，来实现智能家居的开关控制。因此，它是不可或缺的一部分。对于驱动机制的选择，有三种不同的方法，双向可控硅、三极管、电磁继电器。

（1）双向可控硅：双向可控硅是一种性能较好的功率开关，拥有很大的驱动能力，可用于交流无触点开关使用。虽然双向可控硅反向导通，但容易击穿，故必须使双向可控硅能承受这种反向电压。

（2）三极管：三极管可作为无触点开关，具有电流放大的作用，可以用于功率放大。但大多数情况是使用其直流开关的功能，而且其反应灵敏可以达到100KHz，拥有很好的灵敏度。

（3）电磁继电器：电磁继电器是用小电流、低电压控制大电流、高电压的拥有自动开启或关闭的功能的“新型开关”，并且拥有电气隔离、转换电路、安全保护、自动调节等功能[3]。

经过比较分析，三种方法都是利用小电压控制大电压。三极管适合于做直流开关使用。双向可控硅可反向导通，但容易击穿。从而，我们选择使用电磁继电器。电磁继电器控制电路采用弱电控制强电的控制原理，单片机通过控制继电器的断开和吸合来控制外接家用电器的通断。具体控制电路如图4所示。

图4 继电器控制电路

图5 程序流程图

4.2 软件设计

单片机和手机都是通过蓝牙模块之间进行信号交换，需要编写单片机程序和软件程序，由单片机、蓝牙模块和继电器来组成系统控制体系，如图5所示。

启动手机控制平台（APP）并进行初始化（复位）操作。启动家电终端蓝牙模块，指示灯为红色（未匹配蓝牙）。手机蓝牙与家电终端蓝牙模块进行对接完成蓝牙匹配，指示灯变为绿色。使用手机智能控制平台发送“开”指令给家用电器（如空调、窗帘、热水器等），家电终端蓝牙模块接受并解析指令，通过串行通信把数据传输到单片机。单片机获悉数据，产生相应的电平信号控制继电器，使得家用电器通电工作[4]。

5 结语

本设计以51单片机为核心，结合HC-05蓝牙模块和电磁继电器模块，通过对单片机的编程设计来组成了一套智能家电控制系统，实现了对家用电器的远程控制。在这个信息化的社会中，智能化的设备使人们应接不暇，智能家居实现了高效率的住宅设施与家庭日常事务的管理系统，提升了家居舒适性、安全性、便利性、艺术性，并实现了环保节能的居住环境，这不仅提高了人们的生活效率也改善了生态环境，可谓是一举两得。本方案在设计的过程中遇到过硬件故障和软件出错等许多问题，通过找寻和翻阅文献资料，然后互相讨论，最终完善了本设计。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居控制系统能够在不改变任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境等进行方便的控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。