【《基于51单片机的智能闹钟设计与实现》13000字（论文）】

[30]。DS18B20的主要特征：1.全数字温度转换及输出。2.先进的单总线数据通信。3.分辨率为12位，精度一般为0.5摄氏度左右。4.12位分辨率工作周期上限为75秒。5.温度使用范围：–55°C到+125°C之间。6.内置系统的EEPROM，具有限温报警能力。图3-8电路图图3-9显示模块实物图3.2.6按键模块该系统还附加4个独立按键方便手动操作，STC89C52单片机的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3与四个按键分别相连。接口如图3-10所示。图3-10按键模块图3.2.7电源模块电源使用的是输出最大为5v的USB接口电源，一个自锁开关构成。如图3-11所示。2和3脚接引脚为低电平接地，1接引口是电源，电路中设计中有需要一个自锁开关，自锁开关的另一个脚接口需要连接电源！图3-11电源电路图

4智能闹钟系统软件设计4.1系统总结构框架为了实现系统所有功能，首先制定一个总体计划，再拆分成各个部分，分步骤实现。而在设计系统的总流程图中，除了按照要求把各个子模块进行融合，在保证各个子模块都能实现功能的前提下，还要尽量的减小各模块之间的相互干扰与影响，使得系统运行得更加的稳定、功能更加的完善。通过查阅各模块能够稳定运行时序以及指令，使其让各个模块可以做好正常工作的准备。系统的总体框架图如图4-1所示：图4-1系统总体框架图4.2典型功能函数4.2.1系统初始化程序单片机启动后第一步进入初始化，单片机的各引脚的状态按程序进行初始化，初始化完成后运行温度测量程序，读取出温度传感器测量出来的温度，然后运行公历计算程序，得到公历的时间、日期信息，接着运行扫描键盘按键的程序，如果没有按键按下则直接调用节日计算程序，根据得到的公历日期信息计算出节日，如果有按键按下则更新按键修改后的变量后送给节日计算程序，由节日计算程序根据修改后的变量计算出对应的节假日，计算完成后运行显示程序，显示程序将得到的温度数据、公历信息、节假日信息送给对应的数码管让其显示。在软硬件的协同下，先按照顺序开始设计和编程，然后进行调试，调试成功后，通过主程序连接各子程序模块。程序流程图如4-2所示：图4-2系统流程图4.2.2主控程序本系统的软件部分主要进行平闰年节假日时间计算程序设计，时间显示程序设计，温度测量程序设计，按键的扫描输入等。主程序开始初始化，并打开中断，然后执行扫描闹钟、键盘。然后该系统启动温度检测程序，接收温度模块测量得出的数据，通过平闰年计算程序，得到对应的农历时间、日期信息，在通过按键扫描的子程序，查看按键是否按下，如果按下以后，单片机会检测到相关数据，并且将该信息送入日期转化函数，然后在把需要的信息重新显示在显示屏上，如果没有按下按钮，那么单片机就检测不到数据输入，会按照原来的显示程序把用户自定义数据、温度数据、农历数据、节假日数据发送到数码管来显示用户看到的内容。此系统还要通过智能手机和闹钟上的蓝牙模块进行通信，来实现对闹钟上单片机的控制。使用手机设置打开蓝牙，然后在运行该app输入相关的时间信息，再把信号传送到单片机，单片机会再来重新处理刚接受的信号，分析过后再跳转对应的子程序，使单片机正常工作，从而满足用户的个性化需求。因此，本系统设计主要分为两大部分：一.是以单片机为主控制器的智能闹钟系统的程序设计，二.是完成智能手机与闹钟蓝牙模块通信的安卓开发等设计。流程图如4-3所示。图4-3程序流程图4.2.3日历转换1.首先要将阳历和阴历相互转化。阳历是可以计算出来的，有很强的规律性。有很强的规律性。不难知道，每年的12个月里，1月，3月，5月，7月，8月，十月和12月是31天。其中，2月在正常年份有28天，一年中有29天能除以4，但在1900年是28天。剩的时间是31天。阴历分为大月和小月。大月有30天，小月有29天。阴历的大月和小月是不确定的，是闰年还是不是闰年也是不确定的，所以只可以靠人为的推测去转化，使用数组存储1901-2099年之间的转换表部分截图如图4-4所示。在前四位中，只有当今年是一个年头时，0才有意义。它代表了闰月今年的大小月。润小月0，润大月1。中间的12个，每个代表一个月，0代表小月，1代表大月。最后四个代表闰月一年中的月，是0，不是闰年。在数据中，前四个应该与后四个同时用。然后通过函数转化将阳历转化为阴历。转化的流程如图4-5所示。图4-4阴阳历转换图

图4-5转化的流程图1.节假日匹配之前在硬件实现的日期转化可以方便的为节假日提醒，在改年阴历的日期上只要匹配每年的假期日期即可。比如只要日期到2021年10月1日，只需要匹配相应的年日月即可推算出是国庆节，通过枚举出每一个假期的日期即可完全实现该功能。4.3手机APP设计与实现4.3.1Android开发环境1、JDK。因为本APP选用java语言作为开发语言，所以需要在PC端安装java的开发工具包。如图4-6所示为环境安装版本。图4-6JDK环境检测图AndroidStudio。这里所使用的安卓集成开发环境为AndroidStudio。该开发环境是近来谷歌一直大力支持使用的一款功能强大的开发工具，被大多数开发者使用，如图4-7。图4-7AndroidStudio开发环境图3、安卓手机。手机运行内存为8G。手机需要获取开发者权限然后通过USB接口和电脑相连接，编译成功通过会后，app安装包自动安装在手机上，然后进行调试。4.3.2手机APP设计与实现1.用户界面设计本设计主要用水平布局、垂直布局、标签、按钮等这些可视化组件，将其添加在工作面板中。以上各组件按照设计需求对手机界面的位置和相应的功能属性进行设置。在设计的背景图中选用暗紫色的背景风格，和智能闹钟的主题能较好的搭配。其中界面的元素如图4-7所示，最后的大致界面如4-8所示。图4-7界面的布局及控件图4-8APPUI设计界面 2.无线传输实现（1）添加蓝牙权限先在AndroidManifest.xml配置文件中添加对应的权限，需要添加BLUETOOTH和BLUETOOTH_ADMIN这两个权限。（2）获取蓝牙适配器及待连接对象声明变量strMACAddress保存未连接的设备MAC地址。获得手机的蓝牙适配器，方便对象随意操作本地蓝牙与获得本地蓝牙的状态信息。获取待连接设备对象，连接蓝牙。（3）打开设备的蓝牙在源文件中，安卓主要提供BluetoothAdapter类来蓝牙传输数据。进入App后，在onCheckedChanged方法中先通过蓝牙适配器对象判断当前设备是否打开蓝牙功能。如图4-8所示图4-9蓝牙连接用户可以点击打开蓝牙按钮和进入相应程序先判断当前设备是否支持蓝牙，如果支持，则调用蓝牙适配器的isEnabled（）方法以判断是否打开了蓝牙。（4）连接蓝牙如图4-9，用户点击开始检测按钮，程序先检测当前设备的蓝牙是否打开，若打开则进行蓝牙连接。蓝牙连接成功之后，APP界面上的Toast会显示设备已连接。图4-10为蓝牙工作流程。图4-9蓝牙终端工作流程

5智能闹钟系统调试5.1系统调试方法概述在本系统设计中，（1）静态检查：根据电路图的设计要求，从电源开始检查电路，检查电源的正负极，各芯片的正负极接线是否正确，还需检查各芯片与主控的连线是否正确。（2）通电检查：当设备通电后，首先观察电路是否出现冒烟或者出现电路烧毁的情况，然后根据设计的功能检查各个模块是否做出正确的反应。软件调试主要采用以下2种方法： 强行调试：作为一种传统的调试方法，其过程能概括为设置断点，程序停止，观测流程状态，继续运行软件。理由排除：理由排除是通过演绎和归纳，及二分法来实现的。5.2系统调试问题5.2.1闹钟接收显示控制问题问题描述：液晶显示器无法正常显示如果在调试中，假如接通电源后，发现液晶显示屏无法正常运行，此外，假如背光灯有灯，用户定义的数据不可用，但电源指示灯亮，则表示电源正常。当我用万用表测内部电压力时，我发现所有的引脚电压力都正常，显示屏的引脚电压也正常。经过同学帮助和上网查资料，发现程序出错，改后再接电源，我们就解决了这个问题。5.2.2数据传输问题问题描述：在数据传输过程中，接收串口得到的数据，和发送数据不一致。经过查询资料询问老师同学分别进行以下调试：1.安卓部分尝试每次发送1字节数据，先填byte数组，再从edittext中获取

2.单片机部分，汇承蓝牙模块是串口透明传输，尝试了解这个模块的连接指示灯，长亮为已建立连接，秒闪为AT指令模式。

3.在确定蓝牙模块连接正常之后，单步调试串口中断，读中断打断点，查看数据。在调试过程中，通过重新设定蓝牙模块程序，最终解决了此问题。

5.3单元测试对于该设计需要进行每一步精细化的测试，但是值得测试的地方并不多，因此按照了下表5-1进行了各项测试。表5-1测试用例测试用例执行流程测试结果备注App界面显示先在开发者手机上安装运行，看能否正常显示。正常显示符合需求再次安装在多种机型上。正常显示符合需求液晶显示模块烧录代码后看是否正常显示提示信息。正常显示符合需求温度模块用红外温度计测量气温查看显示在液晶上的参数是否一致。正常符合需求无线模块传输打开蓝牙的连接按钮，查看手机提示是否能显示连接成功。显示连接成功符合需求测试是否能传输数据，使用蜂鸣器作为提示。蜂鸣器响起符合需求闹钟的时间同步设定点击app里面的一键同步，查看闹钟的液晶显示时间是否和app时间一样。液晶显示时间和手机一样符合需求节假日智能提醒在代码部分添加虚假的假日时间，比如检测时间后一分钟，待一分钟后检测蜂鸣器是否响起。蜂鸣器在待测时间响起符合需求App设置假日通过在app界面输入相应的时间，然后将假日信息显示在液晶上液晶显示正常并且信息一致符合需求App设置闹钟通过app输入想要的被提醒的闹钟时间在规定的时间蜂鸣器响起符合需求5.4系统测试结果经过测试，此系统一切都正常运行，可以实现手机app根据自己需求控制闹钟实现一键同步时间、提供个性化的提醒服务设定闹钟、自动节假日工作日判断、闹钟节假日自动延时、平年闰年准确无误、液晶能显示年、月、日、星期、时、分、秒，并且可以完成温度的采集，蜂鸣器响铃。系统测试结果如图5-1和图5-2所示：图5-1智能闹钟成品图图5-2APP控制端实物图

6.总结与展望总结：经过几个月的准备终于实现了该系统的全部功能，可以实现51单片机智能闹钟的运行，并且闹钟可以处理反馈手机app的信息，温度等的显示。该系统对于提醒人们的作息安排有积极的意义，让大家合理安排时间，充分利用时间，不会忘记一些重要的事情，从而具有一定的实用价值。本文对手机和智能闹钟的连接，软件控制原理和一些相关内容都作了详细描述。该设计使用我们常用的app和硬件键盘输入的方式，能够最大程度上满足大家对闹钟的设置需求。它能够应用在日常生活中等，具有广阔的应用前景和市场。在智能闹钟系统的设计开发过程中，我加深了对单片机开发原理和运用的理解以及对安卓开发的应用，再次体验到了编程开发的乐趣，以后还会阅读更多相关书籍和资料，对本系统作更多的完善和改进。展望：本文设计的控制系统虽完成了一些必备功能，但还不够完善，存在一些缺陷需要改进。智能闹钟虽然在有些方面体现了个性化实用性高，但是在用户需求方面可能需要提供更多的个性化服务，用户需要的是超多功能集合到一起在app上显示，现实中可能还有许多需要完善的。所以手机app与单片机的功能还可以再多加改进。我相信智能闹钟未来会有很好的市场，用于实际生活中。 参考文献梅佳进.当前单片机技术应用的发展现状分析[J].轻工科技,2021,37(04):99-100+141.陈旭.单片机技术在网络通信中的应用研究[J].数字通信世界,2021(04):152-153.符史山.单片机技术的应用及发展研究[J].轻工科技,2021,37(04):93-94+126.周锋,吴频频,王素梅.一种基于蓝牙的数据传输方法及其应用[J].河南科技,2018(14):27-29.TianhuWang,TianyuChen,YueHu,XiaoyongZhou,NaipingSong.DesignofintelligentLEDlightingsystemsbasedonSTC89C52microcomputer[J].Optik,2018,158.ChengChunAn,ChengHungLiang,ChangChienHsuan,ChangEnChih,HungWeiShiang,LaiChinChih,LanLongFu.ASingle-StageHighPowerFactorPowerSupplyforProvidinganLEDStreet-LightLampFeaturingSoft-SwitchingandBluetoothWirelessDimmingCapability[J].Energies,2021,14(2)韦鑫水,王南兰,李佳琪,陈澳林.蓝牙针式打印机的设计[J].电子世界,2021(02):204-205.王烈进,王游司,陈洪燕,孙超,卢宇.基于51单片机的智能手环蓝牙模块设计[J].电脑知识与技术,2018,14(23):260-261.于强,康洪超,郑达,常奇.物联网蓝牙智能卡设计[J].电子技术与软件工程,2021(02):20-21.XijiaFeng.ADesignofLEDDigitalTubeIntelligentAlarmClockBasedonMCU. Proceedingsofthe2017InternationalConferenceonInformationTechnologyandIntelligentManufacturing(ITIM2017).谢祖蓉.基于单片机点阵型液晶显示模块的应用[J].电子世界,2020(14):199.史洁.基于Proteus的单片机1602液晶显示电路的设计[J].农机使用与维修,2017(12):15-17.牛冠铮.基于单片机控制的农业智能灌溉系统中传感器应用研究[J].现代化农业,2021(04):71-72.SzolgaLA,FluerasG.RoboticarmcontrolledbyAndroidappthroughBluetoothconnectionfororganicsolarcellmanipulation[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2021,1032(1).马龙,邓素碧,何铭.基于物联网的实时空气质量智能闹钟系统[J].物联网技术,2021,11(01):101-104.朱汉敏.一种多功能智能电子钟[J].福建电脑,2016,32(11):34-35+82.徐家蕊,施文月.分析智能闹钟APP的设计与实现[J].中国新通信,2019,21(22):63.苏波.短距离无线通信技术及其在仪器通信中的应用分析[J].信息与电脑(理论版),2020,32(15):178-179.TingWang.DesignofIntelligentWa