基于蓝牙控制的的灯光控制系统设计实验报告.docx
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基于蓝牙控制的的灯光控制系统设计实验报告
基于蓝牙控制的的灯光控制系统
第一章功能描述
1、本设计采用蓝牙作为上位机和下位机之间的通信方式，本设计使用手机APP作为上位机控制下位机（单片机）。
2、采用DS1302时钟芯片，通过开发板上的数码管显示时分秒，即使断开电源，DS1302芯片中的时间也会正常走，不需要重复写入时间。
3、手机连接蓝牙后，手机APP可以控制LED灯显示红绿蓝三种颜色，还可以向单片机发送LED灯亮的时间以及灯灭的时间。
4、当灯亮的时候，可以通过按键调节占空比调节灯光亮度也就是PWM调光。
在灯光开启之前以及灯灭之后PWM调光按键无效。
第二章下位机软件设计思路以及原理
本设计使用了STC12C5A60S2单片机、数码管、HC-05蓝牙模块、LED彩灯、DS1302时钟模块。
2.1单片机程序设计
单片机部分程序设计主要包括定时器0和定时器1以及串口部分程序设计
2.1.1定时器以及PWM调光部分程序设计
定时器主要用到了定时器0以及定时器1，在本设计中有一项功能是PWM调光功能，由于单片机没有PWM模块，所以在本设计中我们采用定时器0来模拟实现PWM的功能，其中定时器0的初始化程序如下所示。
voidTimer0Init（）
{
TMOD=0x02;//定时器0，工作模式2，8位定时模式
TH0=210;//写入预置初值（取值1-255，数越大PWM频率越高）
TL0=210;//写入预置值（取值1-255，数越大PWM频率越高）
TR0=1;//启动定时器0
PWM_T=0;
}
voidtimer0（）interrupt1
{
t++;//每次定时器溢出加1
if（t==250）//PWM周期100个单位
{t=0;//使t=0，开始新的PWM周期
P1=0x07&P1;//输出端口}
if（PWM_T==t）//按照当前占空比切换输出为高电平
{P1=0xf8|P1;}
}
这一部分程序主要是让单片机每个45微秒进入一次定时器0中断，其中t每隔45微秒加一次，计数到250的时候重新置零，并让P1的高五位置零，也就是亮度达到最大。
PWM_T是调节占空比的，初始值是0，是通过按键控制PWM_T数值的增加与减少的。
当PWM_T的数值与t相等的时候将P1的高五位置为高电平。
定时器1部分程序设计如下所示
voidTimer1Init（void）//timer1初始化程序
{
TMOD&=0x0F;//设置定时器模式
TMOD|=0x10;//设置定时器模式
TL1=0x00;//设置定时初值
TH1=0xEE;//设置定时初值
TF1=0;//清除TF1标志
TR1=1;//定时器1开始计时
}
voidtimer1（）interrupt3
{
TL1=0x00;//设置定时初值
TH1=0xEE;//设置定时初值
keyscan（）;
t1++;
if（t1==100）
{
write_1302（0x8e,0x00）;
hour=read_1302（0x85）;
minute=read_1302（0x83）;
second=read_1302（0x81）;
write_1302（0x8e,0x80）;
t1=0;
}
//if（t1==20）t=0;
}
定时器1设置每5ms进入一次中断，进入中断之后先重装初值，然后进行按键扫描，本设计中只用到了独立按键，所以只需要扫描两个按键就行了。
没进入一次t1就加1，当t1等于100的时候也就是500ms的时候读取一次DS1302的时，分，秒。
因为DS1302的时，分，秒三个变量每隔一秒种才变化一次，所以每个500ms读取一次是比较节省资源的做法，而且可以保证数据读取无误。
2.1.2串口部分程序设计
voidsend_data（ucharbyte）//串口发送函数
{
SBUF=byte;
while（!
TI）;
TI=0;
}
voidUartInit（void）//串口初始化baud=9600；
{
PCON&=0x7F;//波特率不倍速
SCON=0x50;//8位数据,可变波特率
AUXR&=0xFB;//独立波特率发生器时钟为Fosc/12,即12T
BRT=0xFD;//设定独立波特率发生器重装值
AUXR|=0x01;//串口1选择独立波特率发生器为波特率发生器
AUXR|=0x10;//启动独立波特率发生器
}
由于本设计中两个定时器都用到了，所以我们无法使用定时器作为波特率发生器，本设计中使用的是STC12C5A60S2单片机，内部含有独立波特率发生器BRT，所以本设计使用独立波特率发生器。
设置波特率9600。
本设计中串口发送程序是单片机测视的时候使用的，是为了直观的看到上位机与下位机之间通信的内容。
2.2通信协议部分程序设计
由于上位机与下位机之间每次通信的内容有很多字节，所以手机和单片机之间使用蓝牙通信必须按照一定的协议，这样才能成功的将数据打包，数据打包完成之后，我们才能够正确的区分数据类型，区分出该数据是切换LED颜色的还是LED的定时开关时间。
voiduart（）interrupt4//串口中断
{
if（RI）
{
RI=0;
rec_data=SBUF;
if（k==1）
{shuzu[i]=rec_data;i++;if（i==6）i=0,k=0;}
if（rec_data==0xee）k=1;
}
}
voidrsckongzhi（）串口数据处理
{
switch（shuzu[0]）
{
case1:
if（shuzu[1]==1）{P25=1;P24=0;P22=0;red=1;}
elseif（shuzu[1]==2）{P25=0;P24=1;P22=0;green=1;}
elseif（shuzu[1]==4）{P25=0;P24=0;P22=1;blue=1;}
case3:
onshi=shuzu[2];onshi=ZhuanHuan（onshi）;
onfen=shuzu[3];onfen=ZhuanHuan（onfen）;
offshi=shuzu[4];offshi=ZhuanHuan（offshi）;
offfen=shuzu[5];offfen=ZhuanHuan（offfen）;
}
}
串口中断里面的内容是把0Xee当作一包数据的识别码，当我们检测到0XEE的时候也就找到了一包数据的开头。
不过我们将0XEE后面的六个字节的内容放进数组里面。
我们使用rskongzhi函数对数组里面的内容进行处理，当检测到shuzu[0]是1的时候就说明他是灯管颜色切换信息，然后我们再对shuzu[1]进行判断，如果shuzu[1]是1，则是红灯亮；如果shuzu[1]是2，则是绿灯亮；shuzu[2]是4，则是蓝灯亮。
如果shuzu[0]是3，就代表该信息是LED定时开关信息。
此时我们分别将shuzu[2]到shuzu[5]分别赋值给onshi,onfen,offshi,offfen。
然后while循环中不断地对比实时时间和定时开关时间，当时实时时间与定时开时间相等的时候就将PWM_T值赋为250，也就是占空比为百分之百，同时开定时器中断。
当定时关时间与实时时间相等的时候将LED灯引脚电平拉高（LED灯是共阳的），关定时器中断。
2.3DS1302时钟程序设计
由于DS1302读写程序过多，所以我在这里就不显示读写程序了，只对其原理进行介绍
其读取时序图如上所示
对于数据写入：
开始的8个SCLK周期，输入写命令字节，数据字节在后8个SCLK周期的
上升沿输入。
数据输入位0开始。
对于数据读取：
开始的8个SCLK周期，输入一个读命令字节，数据字节在后8个SCLK周
期的下降沿输出。
注意，第一个数据字节的第一个下降沿发生后，命令字的最后一位被写入命令字节的最后一位被写入。
当CE仍为高时。
如果还有额外的SCLK周期，DS1302将重新发送数据字节，这使DS1302具有连续突发读取能力。
第三章APP软件制作
３.１ 开发软件介绍
易安卓，EasyForAndroid，简称E4A，是国内首款中文可视化安卓应用开发工具。
E4A的核心编译器和支持库扩展自谷歌开源的Simple项目。
编程者使用的是中文编程语言，可以在没有java编程语言的基础上快速实现一个简单的安卓手机APP的开发。
本APP软件的设计,主要实现了手机连接HC-05蓝牙模块,通过三个按键分别控制三个不同颜色的灯的开关,通过窗口切换,定时控制灯的开启时间和关闭时间.在蓝牙连接成功后能够进入主窗口,在主窗口有三个控制灯光的按钮,小组成员的介绍标签,APP软件的标题.其中按钮定时设置,点击之后能够进入定时设置的界面,此界面可以输入灯光定时的开启时间和关闭时间,从而实现对灯光的定时控制.
３.２ 软件整体设计
软件的整体设计主要包括设计的思路,整体的框架,内容的布局等等.软件设计思路从实现的功能出发,主要包括了蓝牙搜索的显示界面,主窗口和时钟窗口.其中主窗口主要用来显示APP功能标题,小组成员介绍标签,三个颜色灯光的控制按钮,窗口切换提示标签,定时设置切换窗口按钮等等.登陆的显示界面主要用于显示搜索到的蓝牙设备,点击蓝牙设备便可以实现连接设备.界面有两个按钮,分别是搜素设备和停止搜索,点击搜索设备,即可显示当前发现的蓝牙设备名称,点击蓝牙便可以实现连接,如果蓝牙连接成功,便可以进入主窗口界面,点击定时设置按钮,能够进入定时窗口界面.定时窗口界面主要有标签定时设置,输入开关开的定时时间,开关关闭的定时时间,以及保存并发送的按钮,如果点击了这个按钮,便可以将输入的时间设置按照规定的协议发送给单片机,从而实现单片机的定时控制.软件的操作流程图如下图3-1所示.
图3-1软件操作流程图
３.３ 软件编程设计
软件的编程采用的是中文的编程方法,通过模块化编程实现整个APP的功能调用.其中软件的模块主要分为主窗口,登陆设备窗口,定时窗口.
3.3.1登陆窗口编程设计
在登陆设备窗口,主要是蓝牙的搜索显示和连接.其代码如下:
事件按钮_搜索设备.被单击（）
列表框1.清空项目（）
蓝牙1.搜索设备（）'搜索设备
弹出提示（"正在搜索"）
结束事件
事件按钮_停止搜索.被单击（）
蓝牙1.停止搜索（）
结束事件
事件蓝牙1.发现设备（设备名称为文本型,设备地址为文本型,是否已配对为逻辑型）
列表框1.添加项目（设备名称&""&设备地址&""&是否已配对）
结束事件
上述代码分别为蓝牙的搜索,停止搜索以及蓝牙的正确连接.APP的登陆界面如下图3-2所示.
3-2登陆界面
3.3.2主窗口代码编程
如果APP成功连接了蓝牙设备,便可以自动进入主窗口界面.主窗口主要有三个灯光控制按钮,一个定时设置窗口切换按钮,小组成员显示标签和APP主题标签.其中按钮的操作是窗口的重点,其代码如下:
事件按钮_开关1.被单击（）
'开关控制的命令为：
efee01开关控制00000000
'开关控制为8个二进制各为1为相对应的开关
蓝牙1.发送数据（十六进制到字节集（"feee010100000000"））'发送消息
结束事件
事件按钮_开关2.被单击（）
蓝牙1.发送数据（十六进制到字节集（"feee010200000000"））'发送消息
结束事件
事件按钮_开关3.被单击（）
蓝牙1.发送数据（十六进制到字节集（"feee010400000000"））'发送消息
结束事件
通过定义三个按钮的发送协议,当单片机通过串口接收到数据后,通过对数据的读取,便可以实现三个灯光的控制.协议的定义见如下编程代码:
事件主窗口.切换完毕（）
'判断设置需重刷新窗口控件
如果读取设置（"传保存参数"）="1"则
保存设置（"传保存参数","0"）
结束如果
'判断是否为定时设置保存,如是就发送串口命令
如果读取设置（"传保存参数"）="2"则
'定时数据发送命令为EFEE03状态开时开分关时关分
蓝牙1.发送数据（十六进制到字节集（"feee03"&读取设置（"定时使能"）&读取设置（"定时开时"）&读取设置（"定时开分"）&读取设置（"定时关时"）&读取设置（"定时关分"）））'发送消息
保存设置（"传保存参数","0"）
结束如果
结束事件
主窗口的界面设计如下图3-3所示.
图3-3主窗口界面
如果点击了定时设置的按钮,便可以进入开关定时设置按钮,窗口的切换代码如下所示.
事件按钮_定时设置.被单击（）
变量临时文本为文本型
临时文本=字节集到十六进制（串口数据组合）
'由于没有全局参数,所以在这增加保存设置
保存设置（"定时使能",取文本中间（临时文本,14,2））
保存设置（"定时开时",取文本中间（临时文本,16,2））
保存设置（"定时开分",取文本中间（临时文本,18,2））
保存设置（"定时关时",取文本中间（临时文本,20,2））
保存设置（"定时关分",取文本中间（临时文本,22,2））
如果读取窗口（"窗口2"）=空则
保存窗口（"窗口2",创建窗口2）
结束如果
切换窗口（读取窗口（"窗口2"））
结束事件
如果点击定时按钮之后,便可以切换至开关定时设置窗口,窗口的设计如下图3-4所示:
图3-4定时开关设置界面
如上图所示,当需要输入开启时间和关闭时间的时候,便会调用系统的数字输入,从而能够输入开关的开启时间和关闭时间.实现开关的定时操作.
３.４ 软件测试
软件的调试通过软件的编译,如果编译成功,便会生成APK文件,从而能够在手机端安装.通过连接蓝牙,用串口助手接收手机端发送的数据格式是否正确,便可以测试手机APP是否能够正常工作.本系统采用的串口助手是STC官方网站提供的ISP软件,软件的操作界面如下图3-5所示.
图3-5串口助手操作界面
通过设置与蓝牙相同的波特率,便可以实现接收手机发送的数据,在发送的数据中,均采用16进制的数据发送.
第四章系统软硬件测试
4.1 系统硬件连接
图4-1灯光控制系统硬件连接图
4.2 灯光颜色控制
当手机APP通过蓝牙与单片机连接成功后，我们可以通过APP上相应的调色功能按键实现LED灯在红绿蓝三种颜色之间的切换，三种灯光颜色的显示效果如图4-2的（a）、（b）、（c）所示。
（a）
（b）
（c）
图4-2（a,b,c）LED灯分别显示红色、绿色和蓝色
4.3 灯光定时控制
选择手机APP上的定时功能，可以使LED灯在设定的时间内发亮，达到灯光的定时效果，演示效果如图4-3所示。
我们设置的是10点17分开灯，10点18分光灯，其开灯之前，开灯之后，以及关灯之后如图4-3（a,b,c所示）
a
b
c
图4-3（a,b,c）灯光的定时调节效果图
4.4 灯光亮度控制
采用PWM调光技术，通过按键调节占空比，可以实现灯光亮度的调节。
硬件设计中，当灯光开启后，我们可以通过设计的两个按键（亮度加强/减弱）控制灯光实际的显示亮度。
具体的效果如图4-4所示。
图4-4灯光亮度调节效果图
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