基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计文献综述

文献综述

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03月20日

基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计

摘要：随着现代生活水平的日益提高，我们对生活质量的要求亦在不断提高，同时

电子产品更是飞速的发展着，人们对生活的智能化的要求也在不断的提高。到现今为止，以物联网为代表的新一代信息技术的应用，为我们的生活带来了技术的变革和创新，现如今智能家居已经逐步地融入到了我们的生活中。本文的设计是基于蓝牙的自动窗帘控制系统，以蓝牙作为媒介来传输数据，通过手机软件和手机内置蓝牙设备来对家用电器进行无线控制，这更体现了智能家居的舒适、便利、高效、节能、环保。

关键词：智能家居/蓝牙技术

1 引言

随着现代科技的进步及互联网络的普及, 智能化产品已经开始进入社会和家庭, 在家电行业中,智能化也是其发展的必然趋势, 而且这种趋势如今已经初见端倪。消费者对智能家电的兴趣与日俱增, 同时, 也给家电企业提出了更高的要求, 市场需要更加稳定的性能和更低的价格。总之, 家电智能化将成为家电市场发展的方向。家用电器的进步，关键在于采用了先进控制技术，从而使家用电器从一种机械式的用具变成一种具有智能的设备，智能家用电器体现了家用电器最新技术面貌。

如今技术工程、计算机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统变得越来越智能化。显然传统的控制观念是无法满足人们的需求，而智能控制与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更好的满足人们的需求。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代[1]。计算机控制与电子技术融合为电子设备智能化开辟了广阔前景。因此，智能控制的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场价值的。

2 研究背景

传统家用电器有空调、电冰箱、吸尘器、电饭煲、洗衣机等，新型家用电器有电磁炉、消毒碗柜、蒸炖煲等。无论新型家用电器还是传统家用电器，其整体技术都在不断提高。家用电器的进步，关键在于采用了先进控制技术，从而使家用电器从一种机械式的用具变成一种具有智能的设备，智能家用电器体现了家用电器的最新技术面貌[2]。智能家电产品分为两类：一是采用电子、机械等方面的先进技术和设备；二是模拟家庭中熟练操作者的经验进行模糊推理和模糊控制。随着智能控制技术的发展，各种智能家电产品不断出现，例如，把电脑和数控技术相结合，开发出的数控冰箱、具有模糊逻辑思维功能的电饭煲、变频式空调、全自动洗衣机等。

智能家用电器的智能程度不同，同一类产品的智能程度也有很大差别，一般可分成单项智能和多项智能。单项智能家电只有一种模拟人类智能的功能[3]。例如模糊电饭煲中，检测饭量并进行对应控制是一种模拟人的智能的过程。在电饭煲中，检测饭量不可能用重量传感器，这是环境过热所不允许的。采用饭量多则吸热时间长这种人的思维过程就可以实现饭量的检测，并且根据饭量的不同采取不同的控制过程。这种电饭煲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检测，同时用模

糊控制推理进行整个过程的控制。多项智能家电在多项智能的家用电器中，有多种模拟人类智能的功能[4]。例如多功能模糊电饭煲就有多种模拟人类智能的功能。

3 硬件部分

3.1 蓝牙

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[5]。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。蓝牙是一个标准的无线通讯协议，基于设备低成本的收发器芯片，传输距离近、低功耗[6]。由于设备使用无线电（广播）通讯系统，他们并非是以实际可见的线相连，然而准光学无线路径则必须是可行的。射程范围取悦于功率和类别，但是有效射程范围在实际应用中会各有差异。有效射程因传输条件、材料覆盖、生产样本的变化、天线配置和电池状态有关[7]。多数蓝牙应用是为室内环境而设计的，由于墙的衰减和信号反射造成的信号衰落会使得射程远小于蓝牙产品规定的射程范围。

在家居产品中，厂家通过在其中加装蓝牙设备就可以使得各种家居产品告别设备间繁杂的连接线的烦恼。例如，鼠标、键盘、打印机、笔记本、蓝牙耳机等电子设备均可以通过蓝牙设备在无线状态下使用。这不但可以增加室内装饰的美感，而且还可以为室内装饰增添了更多创意和自由设计的想象空间。此外，通过把移动设备和家用电脑通过蓝牙技术的连接可以把开关设置，状态等信息实时的同步起来，并可以随时的进行相关的设置，用户也可以随时随地的存取最新的信息[8]。由此可见，蓝牙设备不仅可以使居家生活和办公变得更加轻松和便捷，还可以增加许多生活的乐趣。例如，我们可以在下班时就打开家中的空调，在进门之前打开门锁和室内的灯具，我们还可以在30英尺内通过蓝牙设备无线控制和存储电脑或者音乐播放器中的音乐文件等等。此外，蓝牙技术还可以使用在适配器之中，它可以允许用户通过相机、手机或者平板电脑向智能电视发送照片或者视频，并与朋友分享。此外，蓝牙技术的使用使得我们的办公室中不见了那些凌乱的连接线，取而代之的是整洁的办公空间，整个办

公室就像一台高效的机器有条不紊的快速运行着。在这样的环境下手机可以和我们的电脑同步和共享各种数据和信息，外围设备可以直接与计算机进行高效的数据交换，公司的职工可以通过蓝牙耳机随时随地的接听电话与他人联系，所有的这些都在无线的状态下运行，不需要任何连接线进行连接[9]。此外，蓝牙技术在办公环境下的运用不仅仅局限于可以让人们告别杂乱的办公环境，它还可以极大程度的提高我们的办公效率。我们可以通过蓝牙设备来为同事或者客户进行相关的演示或者访问一些文件，邮件等。当我们需要进行会议讨论的时候只需要各个会议成员连接到蓝牙设备就可以不受地域限制的开始会议讨论。在会议中所使用的各种演示文稿等也可以随时传输到计算机中，这样可以极大地提高我们的工作效率，节约时间成本。

本系统采用型号HC-05嵌入式蓝牙串口通信模块，使用AT指令进行控制。模块需要设置为从模块，即被动被手机查询连接的模式[10]。设置串口参数波特率38400bit/s，配对密码为1234，连接模式为任意蓝牙地址链接模式，这样可以实现多台手机都可以操纵。蓝牙模块各种型号的功能和操作模式基本相同。通过手机蓝牙发行“0”“1”“2”等字符，单片机上的蓝牙接收到该字符后进行解码分析，进一步控制对应家用电器的开关。

3.2 步进电机

步进电机和步进电机驱动器构成整个装置的动力部分。步进电动机驱动系统的性能，不但取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣[11]。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件[12]。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的[13]。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

3.3 步进电机驱动

步进电机的正常运行需要相应驱动系统的支持。步进电机的驱动系统包含控制器和驱动器两部分，而二者的连接又分为串行和并行两种不同的控制方式[14]。

在串行控制中，控制器中会有电平和脉冲的输出，然后通过脉冲分配器将并行驱动信号进行一定的转换，以达到使各个绕组导通或截止的效果。由此可见，时钟脉冲的有无决定步进电机的运行或停止，脉冲频率决定电机的运行速率，方向电平决定运转方向。

在并行控制中，绕组的导通或者截止由控制器所输出的并行信号所直接控制。在这种情况下将由内部软件程序来取代控制器中脉冲分配器的功能[15]。总的来说，无论驱动系统采用串行控制还是并行控制，脉冲分配器这一部分是整个步进电机驱动系统不可或缺的。

4系统设计

本系统采用AT89S52单片机作为电路控制的核心，价格低廉，性能良好。通过手机蓝牙和APP发送指令给装有蓝牙从模块的主控板，再由单片机对接收到的数据进行收集，处理，然后进一步对相应的家用电器发出控制指令，从而进一步的达到对家居产品进行无线控制的目的。整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。软件部分是用基于C语言的单片机开发语言在Keil上编写而成的。

参考文献

[1]康华光主编，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社，2006年04月第1版。

[2]康华光主编，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社，2006年04月第1版。

[3]张刚毅，刘杰编著，《MCS-51单片机原理及应用》，哈尔滨工业大学出版社。

[4]侯海涛.，国内外智能家居发展现状，建材发展导向，2004，5：92-93。

[5]杭州晶控电子有限公司，《智能家居DIY》，中国电力出版社，2014年12月第一版。

[6]朱刚，蓝牙技术原理与协议，北方交通大学出版社，2002：9—155。

[7]黄海峰，蓝牙技术联盟：蓝牙技术启动下一代智能设备，通信世界，2012(2)：36—37。

[8]杨文志，G00deAndroid程序设计指南，电子工业出版社，2009：210—212。

[9]胡健，单片机原理及接口技术，机械工业出版社，2004: 164-182。

[10]严雨，AVR单片机C语言应用100例，电子工业出版社，2012：203—231。

[11]Mansour MF, Tewfik A H. Convolutional decoding in the presence of synchronization errors[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2010, 28(2): 218—227。

[12]Sethakaset U, Gulliver T A. Marker codes to correct inserlion／dele—tion errors in differential pulse position modulation for tireless infra—red communications[C]／／Proe. IEEE Pacific Rim Conference on Communications, Computers and Signal Proce&ing Victoria Cana—da: IEEE Press, 2005: 181-184。

[13]itzmaurice M, Bruno R. NASA／GSFC program in direct detection optical communication for intersatellite links[C]／／Proc. Optical。

[14]Serial infrared physical layer link specification Infrared Data Association, 1994。

[15]Kabn J M, Barry, J R. Wireless infrared communications[J]. Proc. IEEE, 1997, 85: 265—298。