一种基于蓝牙的智能家居控制系统的硬件设计

◆刘 军 钟 毅 刘天成 许景生

一种基于蓝牙的智能家居控制系统的硬件设计

◆刘 军 钟 毅 刘天成 许景生

（湛江幼儿师范专科学校 广东 524084）

本文以 STC89C52型51单片机作为核心处理器，设计出一个具有温湿度检测、OLED显示屏显示、火灾报警、电子密码锁门禁、蓝牙远程检测控制的最小智能家居控件的硬件系统，系统整体运行可靠而且实用。

蓝牙；智能家居；硬件系统

智能家居是把居家生活的各部分有机地结合起来，实现统筹管理，使用电子计算机技术、无线控制技术及互联网技术等把居家的家电使用一个大的系统组合起来统一控制管理[1]，实现居家生活的无人化、智能化，让人们的生活更加便利、舒适、安全[2]，让人们的个人空间更加充足，可以更好地安排自己的时间，提高人们的生活品质[3]。

智能家居所追求的理念就是，将居家的各种信息类的通信设备、家用电器和居家安防装置通过家庭总线技术（HBS）集成到一个信息智能化系统上进行集中或者远程的检测、控制以及居家生活性的管理[4]，并且尽量做到居家生活设施与家庭生活环境的协调，从而实现智能家居的控制[5]。

本文设计的硬件系统从以下7个模块实现。

1 核心控制模块

核心控制模块是以STC89C52单片机作为核心处理芯片，主要进行的是对各个模块的数据采集和功能控制，这款单片机使由STC公司生产的C52系列单片机，芯片功能比较强大，属于89C51单片机的增强版，STC89C52单片机与80C51单片机控制引脚完全一样，而且操作指令也完全相同两者互相兼容。STC89C52单片机拥有比89C51单片机更大的程序存储内存，而且内存使用了Flash工艺，在程序设计上可以设置更加丰富的功能，程序录入还有调用速度会更加快捷。

本控制中心的原理为：（1）通过运行设计好的功能代码，检测计算温湿度模块采集到的温湿度状态，会触发控制OLED显示计算好的数据。（2）控制检测火焰传感器的状态，一旦达到软件设定好的触发点，就触发蜂鸣器发出声音进行警告。（3）控制门禁系统模块，进行家居安防功能的控制与实现。（4）通过手机远程控制，实现手机终端远程监控居家。STC89C52单片机核心控制模块的原理图如图1所示。

图1 核心控制模块

2 温湿度检测模块

温湿度检测的硬件设计直接使用温湿度体感器，将温度加测还有湿度检测集合在一起。整个检测模块小板制作，小板PCB 尺寸为3.2cm*1.4cm，拥有3个输出接口插针可以与直接与单片机IO口相连，硬件制作的使用即插即用，节省很多制作时间。

温湿度采集模块代替室内温度计，可以检测室内实时的温度变化，还对湿度进行实时检测，可以在第一时间掌握到室内的温湿度情况，功能实用性非常强，在夏天时通过温湿度采集模块可以知道室内的温度变化，在适当的时候打开空调让室内的温度降下来。温度检测模块原理图如图2所示。

图2 温度检测模块

3 屏幕显示模块

屏幕显示部分使用一块OLED显示屏，主要是用来进行居家控制系统的数据显示，大小为0.96寸OLED显示屏，厚度非常薄，由有机发光材料加上玻璃基板构成，可以进行全彩显示，通过使用电流控制有机材料进行发光，它是自发光显示屏，不加电源的情况下OLED显示屏是没有任何反应的，OLED屏幕比普通LCD屏幕更加节能。

OLED显示屏使用温度范围较大，在-40~70度的温度条件下可以正常工作，具有显示视角大，响应速度快等优点。显示模块共有7个控制口，通过插针直接连上控制模块进行使用。显示模块的原理图如图3所示。

图3 显示模块

4 火灾报警模块

火灾报警功能模块使用火焰传感器模块加上蜂鸣器组成，火焰传感器就可以灵敏的检测到异常火源的出现，及时地发现火情，然后通过蜂鸣器发出蜂鸣声发出警告，整个火灾报警模块虽然制作简单，但是十分必要。

火焰传感器的尺寸大小3.2cm*1.4cm，小板空间相对较小，拥有4个输出接口插针可以与直接与单片机IO口相连，即插即用可以节省很多制作时间。火灾报警模块中的火焰传感器还有蜂鸣器的原理图如图4所示。

图4 火灾报警模块

5 蓝牙远程控制模块

蓝牙控制功能是通过手机远程控制，连接到家居控制系统上，实现手机终端远程监控居家，使用外部串口连接，通过设计插针连接到单片机的控制引脚上，如图5所示。

图5 蓝牙远程控制硬件设计

6 密码锁模块

密码锁功能为了加强居家安全。居家控制系统安全锁硬件使用矩阵式数字按键密码锁，矩阵式按键密码锁设计简单，模块小巧，其功能相对强大。矩阵按键有八个引脚，使用插针的方式把矩阵按键连接到单片机的控制引脚上，实现手动键入密码解锁的方式解锁。密码锁的硬件的原理图6所示。

图6 密码锁的硬件设计原理图

7 最小系统设计

最小系统就是由电源电路、时钟电路、复位电路三部分组成的。电源电路是用来提供单片机的稳定直流电压。时钟电路是控制单片机系统的振荡频率，时钟电路的可以由石英晶晶振的片内振荡器提供，也可以由外部时钟驱动器件提供。复位电路由51单片机由晶振实现，使用复位电路避免频繁进行系统断电。本次居家控制系统的复位方式设置成按键复位的方式。最小系统的原理图如图7所示。

图7 最小系统设计

8 小结

本文主要介绍一种基于蓝牙的智能家居控制系统的硬件设计部分，通过每一个功能模块的硬件的功能，展示部分功能模块与核心控制部分的硬件联系和工作控制方式。其中温湿度检验、火灾报警、门禁密码锁、OLED显示采用外接方式连接到核心控制模块上，良好的硬件设计可以将各个功能模块很好的连接起来，发挥各个功能模块应有的功能。

[1]李东.基于蓝牙技术的智能家居研究[J].现代信息科技，2019，3（13）：71-72+75.

[2]王国栋. 基于蓝牙技术的智能家居控制系统设计与实现[D].内蒙古大学，2019.

[3]李超杰，佟贺，吴寅昌，唐美玲.智能家居系统的设计与实现[J].科学技术创新，2018（25）：76-77.

[4]楼志坤.智能家居发展现状及未来发展趋势分析[J].信息通信，2017（03）：283-284.

[5]于昕梅，彭鹤挺.智能家居控制系统设计[J].电脑开发与应用，2009，22（01）：58-60.

2019年度广东省普通高校“人工智能”重点领域专项（2019KZDX1047）；湛江幼儿师范专科学校2017年重点课题（中国小家电产业基地（廉江）对智能家居产业人才的需求分析与培养研究ZJYZZD201704）