基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计毕业论文(34页).docx
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1、-基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计毕业论文-第 26 页郑州轻工业学院本科毕业设计(论文)题 目 基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计学生姓名 郝天飞 专业班级 电子科学与技术11-01 学 号 541111010112 院 (系) 物理与电子工程学院 指导教师(职称) 翟凤潇(副教授) 完成时间 2015年05月24 日 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 引言11.2 智能家居研究背景11.2.1 我国家用电器的发展现状11.2.2 智能家居研究的意义22 器件介绍32.1 主控制芯片AT89S5232.1.1 AT89S52的性能32.1.2 引脚说明42.1.3 寄存器
2、42.1.4 存储器62.1.5 片上资源62.1.6 中断源62.2 蓝牙技术72.2.1 蓝牙技术的功能72.2.3 蓝牙技术的通信协议92.2.4 蓝牙技术的应用102.3 步进电机102.3.1 步进电机的工作原理102.3.2 步进电机的驱动系统112.4 其它元器件123 系统设计133.1 硬件设计133.1.1 电源模块133.1.2 主控模块133.1.3 继电器控制模块153.1.4 蓝牙模块163.1.5 步进电机模块173.2 软件设计183.3 实物展示214 系统调试224.1 硬件调试224.2 软件调试225 总结23致 谢24参考文献25附 录26基于蓝牙技术
3、的家庭智能控制系统设计摘 要随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高,传统的家居设备已经无法满足人们的需求,智能家居的发展与应用将成为必然的结果。本设计是一种通过蓝牙设备用手机对家用电器进行控制的系统。设计中采用AT89S52单片机作为主控芯片来进行数据的采集,处理以及各项指令的接收与发送。在主控板上外接蓝牙从模块来接收手机通过蓝牙串口APP发送的指令,这些指令将被发送给核心控制模块,单片机对这些数据进行分析处理之后根据处理结果再进一步对相应的家用电器的运行状态进行控制。本设计成本较低,方便易用,适用于家庭和办公场所,很好的开发了移动互联网的功能,必将有着良好的发展前景。关键词 智能家居/ST
4、C89C52/蓝牙 HOME INTELLIGENT CONTROL SYSTEM BASED ON BLUETOOTH TECHNOLOGYABSTRACTWith the development of science and technology and the improvement of peoples living standards, traditional home device has been unable to meet peoples needs, and development and application of intelligent home will becom
5、e inevitable result. This design is to control the home appliances by phone, with wireless connection of the mobile phone and home appliances. It made use of AT89S52 as the main chip, which is used to collect and process data, and receive and sent commands. The main control module connect a bluetoot
6、h module to receive instruction which is sent by bluetooth serial APP. These instructions will be sent to the central control module, and the microcontroller analysis, process the data and control the corresponding appliances according to the results. The design is low cost, easy to use, and suitabl
7、e for homes and offices. Besidnes, it is a good development of the mobile Internet features. Of course, it will have good prospects for development.KEY WORDS intelligent home, AT89S52, bluetooth1 绪论1.1 引言在现在的社会中,人们的生活水平在不断地提高,对生活品质的关注也越来越多。与此同时,伴随着现代科学技术的发展进步以及互联网技术的广泛普及,家居产品的智能化也越来越受到人们的关注,智能化家居产品进
8、入人们的日常生活中也将是必然的结果。在这样的大背景下,消费者对智能家居产品的兴趣与日俱增,但是市场需要的是性能稳定和价格合理的产品,这也给各个家电设计和制造企业提出了更高的要求。家用电器智能化的发展主要在于控制技术的进步以及这一技术与家电行业的完美结合,这将使得传统的家用电器摇身一变成为有着一定智能化的家居设备,这些智能化家用电器的出现在一定程度上推翻了人们对家用电器的传统认识,让家电行业面貌一新。在现在各个科学领域的技术,例如计算机,电子电气,机电一体化等学科,都飞速发展的时代背景下,智能系统正在不断的与这些学科进行结合与发展。这是因为传统的控制观念与设备功能已经无法满足人们日益增长的物质要
9、求了,而智能化控制系统与传统的控制系统可以有着非常完美的结合,二者优势互补,开创了一个新的纪元,智能控制必将迎来它的发展时代。因此智能家居的研究与应用都是有着相当重大的意义和很高的市场价值的。1.2 智能家居研究背景1.2.1 我国家用电器的发展现状随着科学技术的进步与发展,家用电器也在悄然发生着变化。传统的家用电器有电视机,洗衣机等,新型的家用电器有微波炉,电磁炉等。无论是二者中的哪种类型,它们的科技含量都在不断的提升。这些提升中最为显著的一方面就是它们都使用了非常先进的控制技术,进而将传统的机械式的家用电器升级为具有一定智能化的家用电器。这些改进改变了我们对于家用电器的认识,也使得我们的家
10、居生活变得焕然一新。如图1.1就是一个很好的智能家居控制系统的例子。就目前而言,智能家居产品可以分为两大类:一类是采用电子、电气等前沿技术的先进设备;另一类是能够模拟我们日常生活中的生活经验从而进行模糊推理和控制的设备。随着智能控制技术的发展,不断有先进的智能家居产品涌现出来。例如,研发者把计算机和数控技术结合起来开发出了数控冰箱,具有模糊逻辑思维的电饭煲、全自动洗衣机等。当然,不同的智能家居产品其职能程度不尽相同,甚至即使是同一类的智能家居中不同厂商的产品其智能程度也参差不齐。由此,我们大致可以将智能家居产品分为单项智能产品和多项智能产品。单向智能产品一般是指只有一种模拟人类智能机功能。例如
11、模糊电饭煲可以检测饭量并对其进行一定程度的控制,这只是一种模拟人类智能的过程。电饭煲检测饭量并不是通过重量传感器来检测饭量,因为电饭煲的环境温度过高,无法满足传感器工作的条件。事实上电饭煲是根据饭量多则吸热时间长,吸热图1.1 智能家居控制系统量大这种人的思维来对饭量进行判断的,并根据具体饭量的多少采取不同的控制过程。这种电饭煲就是一种具有单项智能的电饭煲,它采用模糊推理进行饭量的判断,同时使用模糊控制推理对整个煲饭过程进行控制。多项智能产品则是拥有多种模拟人类智能功能的家居产品。最好理解的例如多功能模糊电饭煲则拥有多种模拟人类智能的功能。1.2.2 智能家居研究的意义如今,生活在我们这样一个
12、现代化的城市,许多领域都涉及到了智能二字。随着经济水平的提高,人们对生活品质的要求也越来越高,对生活中接触到的事物特别是家居产品的智能化的要求也越来越高。然而传统的控制观念远远无法满足人们的要求,而智能化的控制理念与这些传统的控制机制的有机结合将会很好的改变这一现状。在现如今计算机技术、电子电气技术等飞速发展的背景下,智能控制特别是智能家居行业必将迎来它的全新的发展时代。2 器件介绍2.1 主控制芯片AT89S522.1.1 AT89S52的性能AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,有8K可编程Flash 存储器1。其实物图如图2.1所示。使用Atmel公司高密度非易失性存
13、储器技术制造,图2.1 STC89C52实物图与工业80C51产品指令和引脚完全兼容,这使AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用2。其主要性能如下:1、与MCS-51单片机产品兼容;2、8K字节在系统可编程Flash存储器;3、1000次擦写周期;4、全静态操作:0Hz-33MHz;5、三级加密程序存储器;6、32个可编程I/O口线;7、三个16位定时器/计数器;8、8个中断源;9、全双工UART串行通道;10、低功耗空闲和掉电模式;11、掉电后中断可唤醒;12、看门狗定时器;13、双数据指针;14、掉电标识符。2.1.2 引脚说明AT89S52单片机可为众多嵌入式控制应用系统提
14、供灵活有效的解决方案。 AT89S52具有8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路3。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止4。其引脚排布如图2.2所示:图2.2 引脚排布图2.1.3 寄存器对于AT89S52单片机来说,并不是所有的地址都被定义了,片上没有定义的地址都是不能用的。在对地址进行读取的时候,一般都是获取一个随机的数据,并且之
15、后都无法再对这些地址进行数据写入。对于那些未定义的地址用户不得对其写入数据“1”,因为这些寄存器可能会被附加一些新的功能,在复位后这些位都将变为“0”。 定时器2寄存器:寄存器T2CON和T2MOD包含定时器2的控制位和状态位5。定时器2的控制位和状态位如表2.1和表2.2所示。表2.1 定时器2的控制位TF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL276543210表2.2 定时器2的状态位中断寄存器:IE寄存器中包含有中断允许位,且可设置6个中断源的优先级。双数据指针寄存器:为有利于访问内部和外部数据存储器,系统提供了两路16位数据指针寄存器。特殊寄存器AUXR1中DP
16、S=0选择DP0,DPS=1选择DP1。AUXR:辅助寄存器 如表2.3所示 AUXR 地址:8EH 复位值:XXX00XX0B不可位寻址表2.3 辅助寄存器WDIDLEDISRTODISALE765432102.1.4 存储器MCS-51有单独的程序存储器和数据存储器,二者均可64K寻址。程序存储器:如果把EA引脚连接到GND上,那么程序的读取只可以从外部存储器开始进行。若AT89S52单片机的EA引脚连接到VCC的,程序读写会先从内部存储器开始,再从外部开始寻址。当一条指令访问高于7FH的地址时,CPU是访问高128字节的RAM还是访问特殊功能寄存器由不同的寻址方式决定6。数据存储器: A
17、T89S52有着256 字节的片内数据存储器,其中高128 字节与特殊功能寄存器重叠。即高128字节虽然与特殊功能寄存器有相同的地址,但二者在物理上却是分开的7。2.1.5 片上资源看门狗定时器(WatchDog Timer)WDT是一种需要相应的软件程序进行控制的复位方式。WDT 由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器构成8。WDT计时周期需要依赖于外部时钟的频率。除了复位,没有办法停止WDT的工作。当WDT溢出,它将驱动RSR引脚输出一个高电平。2.1.6 中断源AT89S52单片机有两个外部中断,三个定时中断和一个串行中断。这些中断源都可通过置位使得中断源有效或无效,I
18、E还包括一个中断允许总控制位EA,它能一次禁止所有中断9。AT89S52的中断控制位如表2.4所示。表2.4 中断控制位符号位地址功能EAIE.7中断总允许控制位。EA=0,中断总禁止;EA=1,各中断由各自的控制位设定IE.6预留ET2IE.5定时器2中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器1中断允许控制位EX1IE.2外部中断1允许控制位ET0IE.1定时器0中断允许控制位EX0IE.0外部中断0允许控制位定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值将会一直持续到下一个周期被电路捕捉下来。此外,定时器2还可以被寄存器T2CO
19、N中的TF2和EXF2的或逻辑所触发。在程序进入中断服务之后,这些标志位都可以由硬进行件清0处理。2.2 蓝牙技术2.2.1 蓝牙技术的功能蓝牙是一种功耗相当低的无线技术。蓝牙技术最初被开发出来只是为了以一种无线的方式将手机、电脑、以及各种数字信息部件的外部设备连接起来,从而取代各种繁杂的接口连线,并形成一种个人网络,使得各种资源可以在被连接起来的设备之间实现快速便捷的共享。蓝牙技术拥有非常广泛的应用,可以适用于不同的场合。由于蓝牙设备是通过无线方式而不是有线电缆进行连接的,因此其具有非常优良的可移动性。蓝牙技术的无线传输是通过2.4GHZ的载波来实现的的,可以同时连接多个系统和设备10。此外
20、,设备之间的连接不需要进行任何额外的设置和调试,只要设备之间的距离达到10米(在加大功率后可达到100米)之内,各个设备上加载的蓝牙设备就可以进行自动的连接,从而进行各种数据和信息的自由交换。蓝牙技术这样的特点让人们在使用过程中省去了许多繁杂的设置工作,从而使得整个过程变得非常的便捷。2.2.2 蓝牙技术的特点在各种短距无线数据传输技术中,蓝牙技术有着非常明显的优势。蓝牙技术不仅可以以相当便捷的方式实现数据和语言的交换,并且其成本和功耗都非常的低。如图2.3所示,蓝牙技术不仅可以实现单点和单点之间,还可以实现单点和多点之间的无线连接。这样,不同的蓝牙设备之间就可以将各种信息快速、方便地进行相互
21、之间的交换。在蓝牙实现数据传输的过程中,我们称主动发出数据的为主设备(Master),相对而言,被动接收数据的设备就成为从设备(Slave)。在时分复用的模式下任何1台蓝牙设备都最多可与7台设备通信。在使用蓝牙技术进行数据交换时,不同设备之a)点对点 b )点对多点 c)多个微微网组成的分布网图2.3 蓝牙设备间的连接方式间的主从身份只有在各个设备进行网络连接的过程中才生效,只要设备之间断开连接,那么其间的主从身份关系也就随之被取消。蓝牙技术的主要特点有:射频特性:蓝牙技术工作的频段为全球通用的2.4GHZ频段。在这个频段中不存在权限的归属与使用的问题,也就是说厂家在使用这项技术时不需要申请就
22、可以进行任意的使用。蓝牙技术采用了时分双工的方式来实现双工传输的目的。蓝牙的无限发射机采用FM调制方式,这可以在很大程度上降低设备的复杂性和生产成本。跳频技术:蓝牙技术相对于其他通信技术而言具有非常突出的安全性和抗干扰能力,之所以能够这样的根本原因就是蓝牙技术采用了跳频技术。蓝牙在2.42.4835GHZ这一范围内划分出了79个频点,并可以根据一定的调频序列进行跳频。TDMA结构:蓝牙采用时分复用多路访问技术,其基带传输速率为1Mb/s。蓝牙系统支持实时的同步定向连接和非实时的异步不定向连接。软件的层次结构:蓝牙通信系统采用的是多层次式结构的通信协议。其底层为通用结构,高层则有所不同。从宏观上
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