基于蓝牙通信的无线led可调光灯具控制系统的设计毕设论文.docx
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基于蓝牙通信的无线led可调光灯具控制系统的设计毕设论文.docx
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基于蓝牙通信的无线led可调光灯具控制系统的设计毕设论文
摘要
本文主要设计了一款基于蓝牙通信的无线LED可调光灯具控制系统,选用了主从一体蓝牙模块HC-05作为手机与照明系统的通信,并结合了液晶显示器大功率LED灯珠等构成了照明系统的硬件系统,实现了灯光开关启闭指令无线发送以及接收的功能,突破了目前灯光控制的显示。
由于本系统采用了蓝牙作为近距离无线通信技术的机制,因此创新含量非常高,能够推动蓝牙技术的快速发展。
经过了多次的修改和完善,本系统表现出了较高的实用性,并且对于灯光的控制非常稳定。
关键词:
蓝牙通信,HC-05蓝牙模块,STC89C51单片机,可调光灯具系统
Abstract
ThispapermainlydesignsabasedonBluetoothwirelessLEDcanbedimminglightingcontrolsystem,choosesthemaster-slaveoneBluetoothmoduleHC-05asamobilephonewithlightingsystemofcommunication,andcombinedwiththeliquidcrystaldisplayhighpowerLEDlampandotherlightingsystem.Thehardwaresystemconsistsof,realizethelightswitchopenandclosedinstructionwirelesstransmittingandreceivingfunction,breakthroughthepresentlightingcontroldisplay.AsthesystemusesBluetoothasacloserangewirelesscommunicationtechnology,theinnovationofthesystemisveryhigh,canpromotetherapiddevelopmentofBluetoothtechnology.Afterseveraltimesofmodificationandimprovement,thesystemshowsahighpracticality,andthecontrolofthelightingisverystable.
Keywords:
BluetoothCommunication,HC-05BluetoothModule,STC89C51,AdjustableLightFixtureSystem
一、引言
(一)蓝牙通信的发展背景
蓝牙目前作为电脑、手机以及各种PDA之间通信的最常用收发器,已经赢得了当前无线通信器件市场的大片份额,蓝牙是作为一种无线通信技术标准,使用2.4GHz的ISM频段作为通信频段,它一开始由瑞典爱立信公司的一个无线通信开发组研发出来,最初主要是用于替代RS232接口,以此来解决数据难以同步的难题。
“蓝牙”这个名称的由来说起来很有意思,它是十世纪古挪威一位老国王的绰号,这位老国王在位时完成了将部落分散的丹麦统一成一个完整的国家,这个故事被后来的蓝牙发明者JimKardach所得知,Jim所研发的蓝牙也是完成了将通讯协议统一成全球标准的功绩,因此Jim将老国王的绰号“BlueTooth”命名成他所研发的技术。
蓝牙的无线通信采用的是2.4GHz的ISM频段,在2.402GHz至2.480GHz频率范围内共分成79个频道,每个频道的带宽为1MHz,从而使得蓝牙通信能够在这79个频道内实现跳频。
目前在发射功率上可以将蓝牙分成三个级别,第一级别的蓝牙发射功率可以达到100mW,也就是20dBm,这种较大的发射功率能够使得信号传送到很远的距离,在空旷的地带上能够达到100米的有效通信距离;第二级别的蓝牙发射功率可以达到2.5mW,即4dBm,在空旷的地带上能够达到10米的有效通信距离;第三级别的蓝牙发射功率可以达到1mW,即0dBm,这种小功率的蓝牙器件一般用于蓝牙鼠标以及蓝牙耳机等近距离设备中,它的通信距离能够达到1米。
蓝牙的通信标准使用了跳频技术,由于蓝牙在发送文件时,蓝牙控制器将所发文件数据分割到79个频道上进行连续发送,蓝牙通信所使用的频道始于2402MHz,终于2480MHz,每个频道的频带宽度为1MHz,引入了跳频技术,就能够使得通信频率在2402至2480MHz范围内每秒发生1600次跳动,极大的加快了数据的通信速度,并且目前跳频技术已经非常成熟,使得通信的稳定性取得了很大的成功。
蓝牙在使用时分为主从两种设备,以前的蓝牙由于技术还不够成熟,所以往往主从设备不能够集成在同一个蓝牙芯片上,而随着技术的不断成熟,技术人员已经能够做到这一点,本文所使用的HC-05蓝牙模块就是一种典型的主从一体模块,通过AT命令的设置,可以将任意的一块HC-05模块配制成主设备或者从设备。
将蓝牙配制成主设备时,理论上最大能够连接七个从设备,也就是通过主设备能够同时向七个从设备的蓝牙模块传送数据,而从设备只能连接一个主设备,这就是主设备和从设备的区别。
本系统所使用的HC-05主从一体蓝牙属于蓝牙2.1版本,这个版本的数据通信速率能够达到3Mbit/s,也就是每秒能够传送375K个字符,另外目前蓝牙主要分为四种版本,最早的版本是蓝牙1.2,它能够实现1.2Mbit/s的数据通信速率;蓝牙3.0和4.0都能够实现24Mbit/s的数据通信速率。
(二)智能灯光的国内外发展现状
目前智能灯光控制系统在国内外都有着广泛的研究,研究内容主要分为两个方面,一是对灯的材料进行研究,设计出功耗更低,光线质量更优质的LED灯;二是对灯开关的控制系统进行研究,目前所取得的现状是:
灯光控制系统能够自动采集声音、人体以及室外光照强度等信号而实现灯光的自动控制,随着网络技术以及无线通信技术的发展,智能灯光控制系统已经不能满足于现在所取得的研究现状,网络化以及无线操控化将是它的最新发展方向,在控制系统中植入Zigbee模块、以太网、GSM等通信模块,将灯光的使用情况通过网络或者短信发送给管理者,实现灯光开关控制系统的更方便管理。
(三)本文主要研究内容
本文以基于蓝牙通信的无线LED可调光灯具系统为课题,选择台湾宏晶公司研发的STC89C51单片机作为主控核心,并结合目前市面上使用最为广泛的HC-05蓝牙模块作为与遥控端蓝牙通信的机制,设计了一款能够根据通过蓝牙进行LED灯光启闭以及强弱调节的控制系统。
二、
方案选择及元器件介绍
(一)STC89C51单片机芯片
本课题选用了宏晶公司推出的STC89C51单片机作为主控芯片,这款芯片是一款内置经典MCS-51内核的单片机,内部集成的CPU与市面上流行的AT89C51单片机同出一辙。
STC89C51单片机为FLASH型器件,它支持高达一万次的可重复性烧写,具有4k字节的程序容量。
在RAM方面,STC89C51能够实现256字节的内存性能,在一些小型系统中,这种配置已经足够使用,而在一些大型系统中,用户需要自己在片外扩展存储器,下图2-1为STC89C51单片机的芯片图。
图2-1STC89C51单片机
宏晶公司在STC89C51单片机片内集成了一个高性能的UART串口,其数据收发管脚TXD和RXD被分别映射到P3.0和P3.1两个IO管脚;两个高达16位的计数器,具有定时和计数两种工作模式;两个外部中断管脚EX0和EX1,被分别映射到P3.2和P3.3两个IO管脚。
(二)HC-05型主从一体蓝牙模块及配置
下面图片中所示的就是HC-05主从一体蓝牙模块,从图片中可以发现HC-05的集成度已经非常高了,不但引脚少,布线方便简洁,并且还集成了微带天线,用户只需要通过串口即可实现对HC-05的驱动,在实际使用时,用户只需要通过AT命令来对HC-05进行简单的配置,这些配置包括主从模式的选择、波特率的设置、蓝牙名称的命名、检验位的设置以及配对密码的设置等,在这些简单的配置完成后,用户将MCU的串口功能打开,将要发送的数据通过串口的TXD线发送给HC-05即可,而在接收数据时,HC-05将接收到的数据通过串口的RXD线传送给MCU。
HC-05主从一体蓝牙模块上共有6个引脚,在本系统中共用到了其中4个,分别为电源引脚VCC、接地引脚GND、串口发TXD和串口收RXD四个引脚,使能引脚EN和状态引脚STATE引脚不使用,下面描述在本系统中使用AT命令对HC-05的设置过程。
图2-2HC-05主从一体蓝牙模块
1、安装PL2303调试线
在配置HC-05时,要使用下图中的PL2303型USB转RS232调试线,这条线的主要作用驱动HC-05模块,从而实现通过电脑软件对HC-05的各项参数配置,在将PL2303插入到电脑的USB口后,系统会自动安装驱动,驱动安装好之后,将PL2303的白色杜邦线连接HC-05的TXD接线端,绿色杜邦线连接HC-05的RXD接线端,红色和黑色杜邦线分别连接HC-05的VCC和GND,为HC-05供电,这样就完成了对HC-05参数配置的硬件部分。
图2-3PL2303型USB转RS232调试线
2、打开串口调试助手
本系统用于配置HC-05的软件选用了免费的SPU-友善串口调试助手软件,这款软件可以在网上直接取得,打开软件后,将各项参数设置成下图中的大小。
图2-4串口调试助手
3、通过串口调试助手设置参数
通过前两步的硬件和软件配置,这一步就可以直接对HC-05进行参数配置了。
在给HC-05上电前,要按住模块上的一个仅有的调试按键,按住不动后再给HC-05供电,参数配置期间不要松开按键,这样HC-05就进入了AT命令模式。
先将第一个蓝牙模块设置成主设备模式,波特率为4800,在串口调试助手上,先发送设置主设备模式的命令“AT+ROLE=1\r\n”,当配置成功后HC-05会发送一个“OK”给串口调试助手,当要把HC-05配制成从设备时,只要发送“AT+ROLE=0\r\n”即可;接着配置波特率,通过串口调试助手发送“AT+UART=4800,0,0\r\n”,当配置成功后HC-05会发送一个“OK”给串口调试助手,如下图所示。
图2-5配置成主模式
图2-6配置波特率为4800
(三)LCD1602型显示器介绍
为了实现照明系统的时间以及其他参数的显示,本系统采用目前单片机系统中常用的LCD1602型液晶屏作为显示器,它之所以具有这么大的使用群,是因为它的驱动方法较为简单,不需要消耗单片机的许多资源就可以完成非常良好的显示效果,下图2-7为LCD1602液晶屏的实物图。
图2-7LCD1602液晶屏
1602液晶屏共引出16个直插引脚,这16个引脚分为4个电源管脚、1个对比度调节管脚、3个控制管脚和8个数据管脚。
这种类型的液晶屏最多同时能够显示32个英文字符,分为上下两行,每行显示16个。
由于1602液晶屏为一种点阵型液晶屏,每个字符点阵之间的间隔较大,因此不能够实现汉字和图片的显示。
三、
硬件系统设计
(一)LED照明系统硬件框图设计
本章主要对LED照明系统的硬件电路进行设计,下图3-1为采用Visio软件绘制的硬件系统原理框图,系统以STC89C51单片机芯片、晶振电路以及复位电路组成的51单片机最小系统作为LED照明系统的主控核心。
通过下图可以发现本系统主要由两大模块组成,即遥控端和终端两部分,其中遥控端主要由STC89C51单片机最小系统以、按键模块以及蓝牙模块组成,用于实现灯光控制指令的产生;终端由STC89C
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