基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于蓝牙技术的家庭智能控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

F0 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 T2CON 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。 蓝牙技术 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 的载波来实现的的，可以同时连接多个系统和设备 [10]。 此外，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。 基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 9 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，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 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。 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 ~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。 基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 10 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。 从宏观上讲我们可以将软件的层次结构分为非计算机背景和计算机背景。 非计算机背景不需要 HCI（ Host Control Interface）。 而计算机背景则需要 HCI实现高 /低的连接。 蓝牙技术这样的特点可以使其拥有非常高地通用性和灵活性。 蓝牙技术的通信协议 蓝牙技术的技术协议由协议栈所规定。 其可分为四部分：核心协议（ SDP） 、电缆替代协议（ RMCOMM）、电话传输控制协议（ TSC）和选用协议 [11]。 图 蓝牙协议栈 蓝牙协议栈如图。 蓝牙核心协议由 SIG制定的蓝牙专利协议组成。 对于大部分蓝牙设备来说，想到正常运行核心协议是必不可缺的部分，其他协议就要根据不同应用而定。 总之，各种协议都是在核心协议的基础上相互结合才构成了面向不 同应用的协议。 根据以上的介绍我们可以很清楚的看到，在蓝牙技术通信协议的基础之上，蓝牙设备所构成的主从网和分散网连接在一起使得蓝牙设备之间可以无条件的对范围内的任何其他设备进行人工或者自动地查询，进而可以实现设备之间数据的相互接收与发送。 基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 11 蓝牙技术的应用 居家应用：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。 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。 工作应用：和居家应用相似的是，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。 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。 步进电机 步进电机的工作原理 步进电机可以接收脉冲信号然后根据脉冲信号的不同作出相应的角位移，其转轴基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 12 所转动的角度完全由接收到的脉冲次序以及脉冲个数所决定。 电机输入的脉冲个数可以控制转动角度，输入的脉冲频率可以控制转动速率 [12]。 步进电机的内部结构主要由定子和转子组成。 对于定子而言，主要结构就是 其内部的绕组， N相电机就又 N个绕组。 步进电机工作时需要遵循一定的“相序”，所谓相序就是电机内部绕组的通电顺序 错误 !未找到引用源。 转子的主要结构是磁性转轴，当绕组在相序的作用下按照一定的规律进行通电与断电的时候，转子的周围将会生成一个有规律的变化的电磁场，这个磁场会带动转子进行转动。 由于转子总是会趋向于转动到磁阻最小的位置，所以转子将会按照固定的步距角进行 有规律的转动，从而带动电机轴的转动。 步进电机内部实物图如图。 图 步进电机内部实物图 步进电机的驱动系统 步进电机的正常运行需要相应的驱动系统的支持。 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。 在串行控制中，控制器中会有脉冲的输出，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 [14]。 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直接控制 [15]。 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。 总的来说，无论基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 13 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都是整个步进电机驱动系统不可或缺的。 从应用的角度考虑的话，失步和震荡是步进电机的主要限制条件。 而步进电机是否可以全效运行的在很大程度上取决于驱动器，负载和电机本身的情况，造成这一情况的主要原因是因为步进电机在大多数情况下的运行方式为开环运行。 步进电机的正常运行关 键取决于失步和震荡是否可以得到比较好的解决。 就失步而言，在很多时候步进电机都会出现失步的现象，例如启动或者停止的时候频率发生突变，高速运行时电机的输入频率超出了电机本身最大运行频率范围，以及电机带动的负载转矩大于电机的启动转矩等等。 解决这一问题的一个很有效的方法就是改善驱动器的驱动能力，这样就能够在很大程度上降低步进电机失步的概率。 除了失步之外，步进电机的另一个需要解决的问题就是电机的低频振荡。 当步进电机改变一次通电状态时转子会转过一个步距角，如果步进电机持续处在一个低频脉冲输入并且电机阻尼较小的时候就会产 生一种持续衰减的震荡，在这种情况下转子需要在自由振荡的频率下进行数次震荡之后才能衰减到一个新的平衡位置，最终停止下来。 步进电机每输入一个脉冲，转子都可能产生一次震荡。 因为转子在每个脉冲输入时都会从转矩跃变中得到一次能量补充，这种能量就是引起振荡的直接原因，二者之间大小成正比。 而当这种脉冲的输入频率等于或者接近于电机自由振荡频率时电机会出现严重的低频振荡甚至失步导致无法工作，所以一般情况下不允许步进电机在共振频率下工作。 其它元器件 除了单片机、蓝牙设备、步进电机等器件之外，本设计还使用到了直 流电机，继电器和高亮 LED等。 由于这些元器件较为常见且原理简单，在此就不再赘述。 基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 14 3 系统设计 硬件设计 电源模块 本装置由 4组 4节 5号干电池（ ）进行供电。 由于 4节干电池的电压之和为 6V，而单片机需要的供电电压为 5V，因此电源模块还加装了 LM2940稳压芯片进行稳压。 LM2940稳压芯片是一款高性能稳压芯片，具有稳压效果明显，发热较小，能够长期稳定工作，以及成本低等特性。 由于电池输出的电流不太稳定，在稳压芯片输入与输出端分别需要加装两片 104贴片电容，这样使电池输出的电流 将会更加稳定，能够满足单片机的供电需求，从而使其正常的工作。 电源模块的电路原理图如图。 图 电源模块原理图 主控模块 该系统的主控板是由 AT89S52单片机设计而成，其电路图及 PCB如下图。 该系统的主控板采用 AT89S52单片机作为核心控制芯片。 AT89S52单片机是 51系列单片机中较为经典的一款。 与其他 51系列的单片机一样拥有 51内核、内部定时器、外部中断以及多路的 I/O输出口，这些配置足以满足本装置的需求。 此外本装置还选取了 ，以及增加了复位电路，通过复位电路基于蓝牙技术的家用智能控制系统设计 15 上电容的充放电效应，同时使其具有上电复位的功能。 此外，主控模块还采用了AT89S52单片机的 T。