智能家居之窗帘控制系统.doc

洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 物联网综合实训 设计题目 智能家居之窗帘控制系统 专 业 计算机应用技术 班 级 学 号 姓 名 完成日期 2015-01-16 课 程 设 计 任 务 书设计题目：智能家居之窗帘控制系统 设计内容与要求：基于STC90C516RD单片机的智能窗帘的设计，以51单片机为内核的控制器作为整个系统的控制核心，手机与蓝牙模块实现短距离通信，蓝牙模块和单片机进行串口通信，单片机接收到指令开中断控制电机驱动，电机驱动控制电机正反转，达到智能开关窗帘的效果。要求如下：1.手机软件的编写2.掌握L298N直流电机驱动的使用方法及原理3.掌握蓝牙模块使用方法4.硬件模块的整合调试5.了解STC90C516RD单片机以及晶振电路对串口通信的影响6.负责整体的框架以及软硬件的整合、调试 指导教师： 2015 年 1月 4日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_ 年 月 日洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告目 录第一章 项目背景11.1项目来源11.2开发目标1第二章 系统总体设计22.1智能窗帘系统的功能特点22.2系统总体结构图2第三章 智能窗帘系统硬件部分33.1直流电机硬件部分33.2直流电机驱动硬件部分33.2.1 L298N简介33.2.2 L298N工作原理43.2.3 L298N实现正反转及停止的工作方式53.3蓝牙模块硬件部分53.3.1 HC-06蓝牙模块简介53.3.2 HC-06蓝牙模块的工作原理63.3.3 HC-06蓝牙模块的串口通信73.4晶振电路硬件部分73.4.1晶振电路的作用73.4.2晶振电路对串口通信的影响7第四章 系统功能模块的软件设计84.1有关Android的蓝牙知识84.2 Android关键程序84.3实训项目总体效果11第五章 实训心得12参考文献13洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告第一章 项目背景1.1项目来源随着国民经济的发展和科学技术水平的提高，特别是计算机技术，通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们的生活习惯，提高了人们的生活质量，智能家居在这种形势下应运而生。在现代生活中，窗帘再不仅仅只起到遮挡光线的简单的作用。它在整体家居中的装饰作用越来越突出。据调查发现，居民因迁入新居而购买窗帘布艺产品平均每单花费在4000元以上，且不乏一次花费在2万元以上者。因此，以迁入新居或装修后进行家用纺织品消费为特征的消费需求增长，成为家用纺织品消费的主流，明显地表现为刚性需求的增长。另外，随着人们对居住环境的要求不断地提高，智能化的家居产品在人们的生活中将会逐渐被认识和采纳，智能窗帘也正以其强大的人性化功能、惊人的发展速度以及巨大的市场前景崭露头角。1.2开发目标本课题抓住“智能家居”这一理念，在设计中力求人性化的智能控制，给用户带来最佳的体验。本设计以STC90C516RD单片机1为控制核心，用蓝牙控制窗帘的开关，让用户拥有更好的体验。第二章 系统总体设计通过分析功能，本设计的系统模块如图2-1所示:图2-1 系统模块2.1智能窗帘系统的功能特点本智能窗帘系统的具有的功能特点是，在蓝牙通信的有效距离内，可以通过移动终端（APP）控制窗帘的开和关。2.2系统总体结构图移动终端发送指令由蓝牙模块传输到单片机，单片机控制电机驱动模块，实现窗帘的智能开关。图2-2 系统设计第三章 智能窗帘系统硬件部分3.1直流电机硬件部分本设计采用的微型直流电机进行的模拟演示，具体参数为：尺寸：20*15*25轴长：8mm、轴径：2mm、电压：1-6v、参考电流：0.35-0.4A、3v转速：17000-18000转每分钟，如图3-1：图3-1 直流电机3.2直流电机驱动硬件部分3.2.1 L298N简介L298N是SGS公司的产品如图3-2，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图3-3中所示，1脚和 15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。图3-2 L298N芯片图3-3 L298N引脚图3.2.2 L298N工作原理L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转3。1298的逻辑功能如表1所列。表3-1 逻辑功能3.2.3 L298N实现正反转及停止的工作方式void Go(void)ENA=1; /电机驱动的使能端，给高电平时，准备进入工作状态IN1=1;/IN1、IN2两个引脚接到单片机的IO口，单片机通过给IN1、IN2不同IN2=0;/的高低电平，实现电机的正反转，Delay_1ms(5000);/调用延时函数，延时5svoid Back(void)ENA=1;IN1=0;IN2=1;Delay_1ms(5000);void Stop(void) ENA=0;/ 电机驱动的使能端，给低电平时，电机驱动停止工作。 IN1=0;IN2=0;3.3蓝牙模块硬件部分本设计采用HC-06蓝牙模块与移动终端和单片机进行通信。3.3.1 HC-06蓝牙模块简介蓝牙（BlueTooth)是一种支持设备短距离通信的无线电技术,功率级别分CLASS1100米距离和CLASS210米距离两种。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz频带，带宽可达3Mb/s。本设计用的是HC-06型号的蓝牙模块。如图3-4. 图3-4 蓝牙模块3.3.2 HC-06蓝牙模块的工作原理1.蓝牙通信的主从关系 蓝牙技术2规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。一个具备蓝牙通讯功能的设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。2. 蓝牙的呼叫过程蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备，此时从端设备需要处于可被查找状态，如：蓝牙耳机需要按键操作才能进入可被查找状态。主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的PIN码，一般蓝牙耳机默认为：1234或0000，立体声蓝牙耳机默认为：8888，也有设备不需要输入PIN码。配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，根据应用不同，可能是ACL数据链路呼叫或SCO语音链路呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不再需要重新配对。已配对的设备，做为从端的蓝牙耳机也可以发起建链请求，但做数据通讯的蓝牙模块一般不发起呼叫。链路建立成功后，主从两端之间即可进行双向的数据或语音通讯。在通信状态下，主端和从端设备都可以发起断链，断开蓝牙链路。3.3.3 HC-06蓝牙模块的串口通信蓝牙数据传输应用中，一对一串口数据通讯是最常见的应用之一，蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预存有从端设备的PIN码、地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预。一对一应用中从端设备可以设为两种类型，一是静默状态，即只能与指定的主端通信，不被别的蓝牙设备查找；二是开发状态，既可被指定主端查找，也可以被别的蓝牙设备查找建链。3.4晶振电路硬件部分3.4.1晶振电路的作用晶振电路的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振电路通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。3.4.2晶振电路对串口通信的影响11.0592MHz能够准确地划分成时钟频率，与UART(通用异步接收器/发送器)常见的波特率相关。特别是较高的波特率(19600，19200)，不管多么古怪的值，这些晶振都是准确，常被使用的。用11.0592MHz可以得到准确的数值，而用12MHz就不能得到整数数值。通信是一定要准确发送和接受的，否则积累误差就会产生。第四章 系统功能模块的软件设计4.1有关Android的蓝牙知识在蓝牙中，每个服务和服务属性都唯一地由全球唯一标识符 （UUID）来校验。正如它的名字所暗示的，每一个这样的标识符都要在时空上保证唯一。UUID类可表现为短整形（16或32位）和长整形（128 位）UUID。他提供了分别利用String和16位或32位数值来创建类的构造函数，提供了一个可以比较两个UUID（如果两个都是128位）的方法，还有一个可以转换一个UUID为一个字符串的方法。UUID实例是不可改变的（immutable），只有被UUID标示的服务可以被发现。1.两边的UUID必须是一样的，这是一个服务的唯一标识，而且这个UUID的值必须是00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB，因为什么呢？因为这个是android的API上面说明的，用于普通蓝牙适配器和android手机蓝牙模块连接的。2.在连接的时候，如果电脑作为server（一直监听是否有服务连接），android手机作为client（主动和电脑建立连接），则需要在手机端调用这样一行代码：mmSocket.connect();其中mmSocket是一个BluetoothSocket类。4.2 Android关键程序Android程序由蓝牙通信发送指令到单片机，以下发送的”S”、”E”、”W”为三种状态，”S”表示停止窗帘的开关；”E”表示窗帘的开；”W”表示窗帘的关。/curtain upmbutton_curtain_up.setOnClickListener(new OnClickListener() public void onClick(View v) / Send a message using content of the edit text widget String message = S; sendMessage(message); );/curtain downmbutton_curtain_down.setOnClickListener(new OnClickListener() public void onClick(View v) / Send a message using content of the edit text widgetString message = W;sendMessage(message); ); /curtain stopmbutton_curtain_stop.setOnClickListener(new OnClickListener() public void onClick(View v) / Send a message using content of the edit text widgetString message = E;sendMessage(message); );class TD2 extends Thread private final int t;public TD2(int t) super();this.t = t;Overridepublic void run() try Thread.sleep(t * 1000);String message = E;sendMessage(message);Thread.sleep(5 * 1000);/电机转动5s后停止String message1 = S;sendMessage(message1); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace();定时功能部分代码，可以设置定时时长。timer_curtain_down.setOnClickListener(new OnClickListener() public void onClick(View v) String str = et_time.getText().toString();if (!TextUtils.isEmpty(et_time.getText() final int t = Integer.parseInt(str);Toast.makeText(BluetoothChat.this, 定时 + t + 秒, 0).show();td2 = new TD2(t);if (t1 != null & t1.isAlive() errupt();if (t2 != null & t2.isAlive() errupt();if (td1.isAlive() errupt();td2.start(); else Toast.makeText(BluetoothChat.this, 请输入有效值！, 0).show();