智能家居之窗帘控制系统

洛洛 阳阳 理理 工工 学学 院院 课课 程程 设设 计计 报报 告告 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 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 设计题目 设计题目 智能家居之窗帘控制系统 设计内容与要求 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 课课 程程 设设 计计 评评 语语 成绩 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 1 1 1 项目来源 1 1 2 开发目标 1 第二章 系统总体设计 2 2 1 智能窗帘系统的功能特点 2 2 2 系统总体结构图 2 第三章 智能窗帘系统硬件部分 3 3 1 直流电机硬件部分 3 3 2 直流电机驱动硬件部分 3 3 2 1 L298N 简介 3 3 2 2 L298N 工作原理 4 3 2 3 L298N 实现正反转及停止的工作方式 5 3 3 蓝牙模块硬件部分 5 3 3 1 HC 06 蓝牙模块简介 5 3 3 2 HC 06 蓝牙模块的工作原理 6 3 3 3 HC 06 蓝牙模块的串口通信 7 3 4 晶振电路硬件部分 7 3 4 1 晶振电路的作用 7 3 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 8 4 1 有关 Android 的蓝牙知识 8 4 2 Android 关键程序 8 4 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 0 第一章第一章 项目背景项目背景 1 1 项目来源项目来源 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 1 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 2 第三章第三章 智能窗帘系统硬件部分智能窗帘系统硬件部分 3 1 直流电机硬件部分直流电机硬件部分 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 3 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 表表 3 3 1 1 逻辑功能 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 4 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 5s void 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 CLASS1 100 米距离和 CLASS2 10 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 5 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 6 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 7 第四章第四章 系统功能模块的软件设计系统功能模块的软件设计 4 1 有关有关 Android 的蓝牙知识的蓝牙知识 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 up mbutton 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 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 8 curtain down mbutton curtain down setOnClickListener new OnClickListener public void onClick View v Send a message using content of the edit text widget String message W sendMessage message curtain stop mbutton curtain stop setOnClickListener new OnClickListener public void onClick View v Send a message using content of the edit text widget String message E sendMessage message class TD2 extends Thread private final int t public TD2 int t super this t t Override public void run try Thread sleep t 1000 String message E 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 9 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 if t2 null if td1 isAlive td1 interrupt td2 start else 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告 10 Toast makeText BluetoothChat this 请输入有效值 0 show return 4 3 实训项目总体效果实训项目总体效果 图 4 1 硬件