基于安卓的灯光和冰箱智能控制系统大学论文.docx

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基于安卓的灯光和冰箱智能控制系统大学论文

基于安卓的灯光与冰箱智能控制系统

摘要：

从计算机到互联网的变革，再从互联网到移动通信的变革后，世界信息产业革命使人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求也逐渐提升。

为了方便老人及行动不便的人，特别设计了基于安卓的灯光与冰箱智能控制系统，可以不用走到电器的开关前就可已控制家里的电器，例如，对电灯和冰箱的控制。

该系统是针对智能家居系统中智能灯光与智能冰箱控制的需求，设计了一个基于STC89C52单片机的智能灯光与冰箱的控制系统。

该智能灯光与冰箱的控制系统主要完成远程控制灯光的亮灭、对灯光进行亮度调节以及远程控制冰箱的温度，为了更好的观测数据又增加了显示功能，将手机上设置好的数据通过蓝牙串口助手与蓝牙模块进行数据传输，将蓝牙模块接收到的数据显示在LCD1602显示屏上。

该灯光与冰箱的智能控制系统采用干电池供电，运用一部安卓系统的手机通过蓝牙串口助手软件与HC-06蓝牙模块通信控制LED灯以及冰箱并在LCD1602液晶上显示，进而实现灯管与冰箱控制的智能化。

该系统将智能灯光与冰箱温度控制相结合，在方便操作的同时，实现了能源的节约，而且也与人们理想中智能家居的灯光和冰箱控制完美契合。

关键词：

安卓；智能控制；蓝牙；传感器；

TheLightsandRefrigeratorsIntelligentControl

SystemBasedOnAndroid

Abstract:

FromcomputertotheInternet,andthenfromtheInternettothemobilecommunicationafterthechange,theworld’sinformationindustryrevolutionmadepeople’slifesafety,comfortable,convenientrequirementsalsograduallyimprove.Inordertofacilitatetheelderlyandthedisabledpeople,speciallydesignedthelightsandrefrigeratorsintelligentcontrolsystembasedonandroid,don’thavetogotothefrontoftheelectricalswitch，whichcancontroltheelectric.Suchas,controlthelightsandrefrigerators.

Thissystemaimsattheintelligentlighting,refrigeratorcontrolintheintelligenthomesystem,whichdesignsacontrolsystemofintelligentlightandrefrigeratorbasedonSTC89C52singlechipmicrocomputer.Thelightingandrefrigeratorintelligentcontrolsystemmainlycompletewithremotecontroltheswitchofthelight,whichadjustthebrightnessofthelightandremotecontrolthetemperatureoftherefrigerator,inordertobetterobservationdataandincreasedthedisplayfunction,themobilephonesetdataviaBluetoothserialassistantandBluetoothmodulefordatatransmission,theBluetoothmodulereceivesthedataandthendisplayedontheLCD1602screen.Thelightsandrefrigeratorsintelligentcontrolsystemusebatterypowered,usingaAndroidmobilephonesystemviaBluetoothserialportassistantsoftwareandBluetoothmoduleHC-06communicationcontrolLEDlamp,refrigeratoranddisplayedontheLCD1602screen,andthenrealizethelampandrefrigeratorintelligentcontrol.Thesystemcombinesintelligentlightingandrefrigeratortemperaturecontrol,whichsavesenergywhileoperatingconveniently.Italsofitswiththelightingandrefrigeratorwellincontroltheidealintelligent.

Keywords:

Android;IntelligentControl;Bluetooth;Sensor;

目录

一、论文（设计）正文1

1绪论1

1.1课题背景及研究意义1

1.2课题的设计目的2

1.3课题的主要工作2

2需求分析4

2.1可行性分析4

2.2功能需求4

2.3可靠性和可用性需求5

3总体分析6

3.1系统设计原理6

3.2方案选择6

3.2.1系统设计方案6

3.2.2电源模块设计方案8

3.2.3显示模块设计方案8

3.2.4通信模块设计方案9

3.3系统组成9

4系统硬件设计10

4.1控制电路模块10

4.1.1STC89C52单片机结构和原理10

4.1.2时钟电路11

4.1.3复位电路12

4.2HC-06蓝牙模块12

4.2.1HC-06蓝牙模块工作原理12

4.2.2HC-06蓝牙模块工作参数13

4.2.3HC-06蓝牙模块连接方式14

4.3LCD1602液晶显示模块14

4.3.1LCD1602液晶管脚14

4.3.2LCD1602液晶工作原理15

4.4电源模块16

4.5灯光控制模块17

4.6冰箱温度控制模块17

5系统软件设计18

5.1系统功能结构18

5.2主程序设计18

5.3LED灯光控制函数25

5.4冰箱温度控制函数27

5.5LCD1602显示屏的显示函数30

6系统安装与测试33

6.1系统硬件测试33

6.2系统软件测试33

7总结37

参考文献38

谢辞39

二、附录40

宝鸡文理学院本科毕业设计开题报告40

宝鸡文理学院本科毕业设计结题报告41

宝鸡文理学院本科毕业设计答辩过程记录43

宝鸡文理学院本科毕业设计答辩评分表42

1绪论

从计算机到互联网的变革，再从互联网到移动通信的变革后，世界信息产业革命使人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求也逐渐提升。

比如你早上起床时，窗帘会按设定的时间自动打开[1]，房间里会响起你喜欢的优美音乐等；当你洗脸时，你的智能设备（如手机）会告诉你牙膏、洗面奶的用量，并提醒你更换牙刷的日期；当你做饭时，可以提醒你冰箱里剩余的食物量和快过期的食物等；当你出门时，智能设备会根据天气给你搭配衣服和鞋子，也会根据交通情况为你制定出行路线等,当你……。

由于人们对家庭住宅观念发生了变化，“物联网”这一新兴产业被认为是下一个亿万级产业，而智能家居灯光及冰箱控制作为其研究的一部分。

随着电子技术的发展,声控及光控灯已广泛应用到我们的日常生活中。

但是这些照明系统不仅操作起来比较复杂,而且功耗高。

对于冰箱的控制，人们的需求就比较简单了，就是控制温度，以前对冰箱温度的控制是人们必须走到冰箱前通过扭动冰箱内温度控制的旋钮，才能设置冰箱的温度。

之前有过这样的幻想，不用走到电器的开关前就可以控制家里的电器，用遥控器控制家里的电器，这个已经实现了。

现在我们又有了另一个愿望，当我们很晚回家时能够提前将家里的灯打开来消除自己的恐惧感，会想灯可以根据外界条件来调节亮度以及定时，也会想可以随时调节家里冰箱的温度。

传统的照明控制和冰箱的控制已经不能满足人们的需求。

如今Android、计算机技术、通信技术和微电子技术等高新科技正高速发展,对于利用手机结合无线通信技术来控制家里的部分设备的需求呈不断增长中。

基于此提出一种以安卓手机为平台,蓝牙无线技术为通信方式的灯光与冰箱的智能控制系统设计方案。

1.1课题背景及研究意义

在过去的几千年，人们一直使用着简单的照明方式，直至爱迪生发明灯泡，才进入了电灯照明时代，这是历史上一大突破，然而人类并不满足于此。

随着智能家居的发展，人们的家庭生活有了很大的变化，过去的电灯只能发出固定的亮度，如果想要关灯，还必须走到开关处手动关掉，有的开关是安装在墙上，有的是用绳子拴着，这种开关模式对于老人很不方便。

设计该系统，给行动不便的人带来了便利。

基于安卓的灯光与冰箱的智能控制系统，可以实现对灯光亮度的不同要求，并且可以设置定时功能[2]，也可以实现对冰箱温度的控制，无论在家里的哪个地方都可以轻松控制电灯、冰箱，适用度很高。

鉴于目前通信技术的发展，实现智能化的家居环境已经不是一件困难的事情，但是在实现过程中，依然存在着不足之处，理论与实践不能完美结合，不同的人群对智能化的需求也不同，比如在过去的产品中较多采用的是成本较高的GSM技术，但在当下社会很难普及，对于人们来说有点浪费资源，因此，有必要在这基础上进一步改善，完善灯光与冰箱智能控制系统的设计与实现。

于是，该系统将从理论方面进一步加深，使用目前比较先进的技术，用现在应用广泛的手机安卓系统来操作。

1.2课题的设计目的

基于安卓的灯光与冰箱智能控制系统，该系统的主要目的是为了行动不便和身体有缺陷的人，这些人不能很灵活的通过家里设备的开关来控制某些电器，如电灯和冰箱，灯的用处是最多的，对特殊人群造成了很大的困扰，所以有必要设计此系统，为人们带来便利，

基于安卓的灯光与冰箱的智能控制系统，主要是结合不同平台的电器经由继电器来做开关切换，以达到方便性且功能化的设计。

而Android为目前用户最常使用的随身装置平台，因此选择使用Android做为开发基底，通过与APP应用程序的整合，用手机控制家里部分设备，进而代替以前用的遥控器，更加方便智能的控制家里设备。

设计该系统不仅为了方便人们，也是对自己所学内容的提高：

1.增强单片机方面知识，提高综合及实际运用所学知识解决问题的能力。

2.培养查阅有关手册、图表及文献资料的能力，提高编程及动手能力。

3.熟悉有关单片机的开发，学习软硬件相结合的设计方法。

1.3课题的主要工作

该系统采用STC89C52单片机为主控芯片，结合HC-06蓝牙模块，通过软件编程结合硬件来完成电灯与冰箱的智能控制系统的设计与实现。

此系统是通过蓝牙控制家里部分设备，主要包括：

单片机最小系统、HC-06蓝牙模块、液晶LCD1602显示屏、电源系统电路、继电器开关电路。

系统所使用的主要元器件包括：

STC89C52单片机、HC-06蓝牙模块、LCD1602液晶显示屏。

该系统是基于安卓的智能灯光与冰箱的控制系统，利用下载在安卓手机蓝牙串口助手APP实现与HC-06蓝牙模块通信是本次设计的核心难点；此设计的重点是控制HC-06蓝牙模块与单片机互通信息、LED灯的正常显示及冰箱温度的控制。

课题要求如下：

a.通过手机蓝牙串口助手软件实现对三个LED灯的开关进行控制。

b.通过手机蓝牙串口助手软件实现对三个LED灯的亮度进行调节。

c.通过手机蓝牙串口助手软件实现对三个LED灯进行定时设置。

d.通过手机蓝牙串口助手软件设置冰箱的温度。

e.在LCD1602液晶显示屏上显示此时LED灯的光强、设定灯灭的时间和此时冰箱的温度。

2需求分析

2.1可行性分析

目前已经有很多地方都使用了智能家居，使用安卓设备（手机）智能化的控制电灯和冰箱，不仅方便而且很节约时间，可以更好的为老人和身体有缺陷的人服务。

在现代高速发展的社会中，人们更看中智能化，认为这样不仅可以紧跟时代的步伐，还可以节省人力，最重要的是可以更加便捷的控制家里的某些设备。

基于安卓的电灯与冰箱智能控制系统，采用的是STC89C52单片机，HC-06蓝牙模块，LCD1602液晶显示屏，干电池供电，有了这些硬件支持就可以远程控制家里的某些设备，改善了以前必须要走到开关前才能控制家里设备的这种模式，实用性很高，所以本次设计的基于安卓的电灯与冰箱的智能控制系统具有可行性与实际价值的。

该系统的可行性可以从以下几个方面进行分析：

a.技术可行性：

目前蓝牙技术发展比较成功，已经应用于很多产业。

物联网产业已经逐步代替传统产业的工作方式。

b.经济可行性：

目前很多电灯与冰箱的控制都采用了物联网技术，使用计算机智能化的管理家里的设备，节省了大量的人力、物力，有很好的经济效益。

c.操作可行性：

该系统只需要手机就可以控制家里设备，通过手机蓝牙串口助手上的按钮就可以操作，操作简单、易学，便于普及，适应各类人群使用。

2.2功能需求

根据系统功能需要分析软件需要，基于安卓的电灯与冰箱智能控制系统，可以分为如下几个模块：

蓝牙模块，电灯控制模块，冰箱温度控制模块，显示模块，电源模块。

蓝牙模块：

蓝牙模块作为整个系统的通信模块，蓝牙串口助手必须成功连接蓝牙，与设备的蓝牙模块成功配对后，才能与设备之间进行数据传输，该蓝牙模块可以进行通信的范围为10米，在10米范围内都可以进行数据的传输。

电灯控制模块：

电灯控制模块主要是对电灯进行远程操作，通过手机APP就可以控制家里的电灯设备，对电灯的具体操作有：

控制电灯的开关、控制电灯的亮度、设置电灯照明的时长等。

该系统改变了以前电灯的开关模式，如开关镶嵌在墙上、用绳子控制电灯的亮灭，这种已经很古老了，随着社会的不断发展，慢慢又出现了声控电灯以及感应电灯，但是这种只能控制电灯的开关，该系统使对电灯的操作更加方便、而且更加智能，可以通过手机APP控制电灯的开关，不用走到开关前就可以控制电灯，还可以根据自己的需要设置电灯的亮度以及定时，还可以控制家里其他地方的电灯设备。

冰箱温度控制模块：

冰箱控制模块主要是对冰箱进行温度控制，在普通冰箱中，分为两部分，冷藏和冷冻，要想食用冷冻室里的食物，必须先拿出来解冻，解冻会消耗很多时间，用手机控制冰箱就可以很方便的控制冰箱里食物的食用状态。

如可以控制鲜肉的温度，为了保证肉的鲜味可以将买回来的肉进行冷冻，在食用的前一个小时将冰箱的温度适当调高一点，进行解冻，这样既可以食用到新鲜的肉，也可以节约人们的时间。

显示模块：

显示模块是把蓝牙串口助手上设置的电灯的开关状态、电灯的亮度、为电灯设置的照明时长、冰箱的开关状态、冰箱的当前温度等信息显示在设备上，便于人们更直观的观测数据。

电源模块：

该模块是对整个系统进行供电，采用的是干电池供电，便于携带，相对来说比较方便。

2.3可靠性和可用性需求

可靠性：

基于安卓的电灯与冰箱智能控制系统的硬件经过严谨的测试、比较筛选和制作，质量和性能较好；该系统能实现对电灯的开关、亮度以及定时操作，对冰箱进行温度控制操作，该系统运用的是蓝牙控制技术，运用该技术后能成功运行。

正确性：

对于使用该系统的用户，蓝牙串口助手能敏捷的控制电灯与冰箱，在操作中不会出现操作延迟这种现象。

易使用性：

该系统操作简单，只需要在一部安卓系统的手机上安装手机蓝牙串口助手，通过蓝牙串口助手上的相关按钮，就可以对电灯和冰箱进行控制。

可用性：

该系统能为用户提供可靠的服务，使人们在需要时能更加方便快捷的控制家里的电灯以及冰箱，实用性比较高。

3总体分析

3.1系统设计原理

该系统将Android智能手机与STC89C52单片机结合，做到以前要用多支遥控器才能做到的工作，可以通过APP应用程序与蓝牙模块以及STC89C52单片机结合，达到控制电器的目的，在该系统中利用手机APP应用程序来整合控制指令，再由蓝牙模块传输控制指令，最后由STC89C52接收控制指令，控制继电器工作。

该系统包括手机蓝牙串口助手软件、电源模块、单片机控制模块、LCD1602液晶显示模块、HC-06蓝牙通信模块五大部分。

首先对智能灯光与冰箱的智能控制系统进行了需求分析,设计了一款安装在安卓手机上的蓝牙串口助手软件,具体化实现的功能是对灯的开关、调光以及定时的控制，对冰箱进行温度的设置。

单片机控制模块以单片机STC89C52为控制核心,通过HC-06蓝牙通信模块与上位机通信,处理上位机发送的命令。

最后对整个系统进行了测试,运用一部Android系统手机通过软件与HC-06蓝牙模块通信控制LED灯的开关、调光以及定时,控制冰箱的开关以及设置冰箱温度，将灯光亮度、设置的定时时间、设置的冰箱温度显示在LCD1602液晶屏上,从而实现了对家庭部分电器的智能化控制。

3.2方案选择

该系统分为信号部分、控制部分。

每个部分都有不同设计方案，下面探讨不同的设计方案，以便找出最好的设计方案。

3.2.1系统设计方案

系统设计方案比较与可行性论证：

通过查阅相关资料，有三种方案可供选择，通过对三种方案的论证比较以及可行性分析，最终为系统选择一个可行性高的最优方案来进行设计。

方案一：

采用NRF24L01无线射频方式进行遥控控制，运用此方案进行设计的系统框图如图1所示。

图1方案一系统框图

此方案设计成本低廉，开发难度低，便于推广和应用；发射终端同样需要单片机进行控制是此设计方案的不足之处，远程控制也极其操作不便，必须无时无刻将控制设备携带，同时因为无密码，易被同频段的其他遥控设备所干扰。

方案二:

采用GSM移动通信网络的方式进行远程控制，系统通过手机远程发送短信的方式实现家用电器的远程开启和关闭，运用此方案进行设计的硬件框图如图2所示。

图2方案二系统框图

设计方案二具有操作灵活，可远程控制，此方案最大的优点就是控制不受距离影响；开发难度大，设计成本较高，手机短信控制有额外费用等不足之处，因此在普通的住宅场合很难推广起来。

方案三:

采用手机蓝牙终端控制的方式，实现远程控制灯和冰箱的开关和其他功能，运用此方案进行设计的硬件框图如图3所示。

图3方案三系统框图

此方案不仅控制方便，而且远程对电灯和冰箱操作控制不需要额外携带控制设备，同时采用蓝牙连接在操作上有着极强的安全性和稳定性，同时也不需要缴纳额外的短信费用，节约了成本。

通过对以上三种方案的比较、分析论证，在当今人们追求生活便利快捷的大环境下，方案一虽然成本相对低廉，但是由于安全性和操作的便利性太差，决定了以此方案为基础的设计根本不能在市场上立足，因而在通过对三种方案的优缺点进行对比分析后，首先排除了方案一。

方案二和方案三是目前智能电灯与冰箱无线控制系统最好的两种方案，两种方案各有所长，方案三和方案二相比具有开发难度低，开发周期短，在市场上推广较为容易。

方案二由于需要借助于移动通信网络进行远程控制，因而会收取一定的通信费用，增加了成本，一旦手机停机，将会影响控制。

通过以上三种方案的比较，因此该系统最终选择方案三。

3.2.2电源模块设计方案

采用直流电源的同时用LDO电源管理芯片对系统进行稳压，由于系统单片机需要5V的直流电压、HC-06蓝牙模块需要3.3V直流电源供电，因此系统中单片机和蓝牙模块的电压需求不能通过单一的电源来供电，因此需要增加5V和3.3V的电压管理芯片来管理电源电路，采用直流9V供电，5V电压输出采用LM7805稳压芯片稳压后输出给单片机及板上的5V电压系统供电，3.3V的电压采用RT9193-3.3V稳压输出给系统的HC-06蓝牙模块供电。

3.2.3显示模块设计方案

方案一：

12864液晶显示。

12864液晶显示屏，即可以显示数字又可以显示汉字，但对于该系统而言，需要显示的内容比较少，且不涉及必须用文字表示的信息，如果使用12864液晶显示的话，成本会变高，对资源的利用率较低。

方案二：

LCD1602液晶显示。

LCD1602液晶显示屏，虽只可以显示数字字符，却也能清楚表达一定的意思，在该系统中，所有需要显示的内容都可以使用数符表示，且LCD1602液晶显示屏较12864液晶显示屏便宜很多，可充分利用。

方案选择：

采用方案二，该方案电路简单，性能稳定，可以清楚显示当时的控制情况。

3.2.4通信模块设计方案

方案一：

红外传输模块。

利用红外线来发送和接收信息，这样的话，需要用户随身携带红外遥控器，不太方便，容易受到环境的影响。

相对成本也高，不利于普及。

方案二：

HC-06蓝牙模块。

现在，人们都有手机，且手机的功能也很完善，在手机上安装一个蓝牙串口助手软件，就可以通过手机发送信号，经过HC-06蓝牙模块接收传到单片机处理后，控制LED灯以及冰箱，操作简单、方便。

方案选择：

采用方案二，该性能稳定，可以保证稳定通信。

3.3系统组成

该系统由STC89C52单片机、电源模块、LCD1602液晶显示屏、HC-06蓝牙模块、一部安卓系统手机构成和若干基本元器件构成。

系统组成框图如图4所示。

图4系统组成框图

4系统硬件设计

4.1控制电路模块

4.1.1STC89C52单片机结构和原理

STC89C52单片机引脚图如图5所示。

图5STC89C52单片机引脚图

在通信控制电路模块中最重要的器件就是单片机，它是该系统的核心部分，也是智能灯光与冰箱控制系统稳定运行的前提，该系统中用的是STC89C52单片机。

STC89C52单片机是CMOS8位微控制器，功耗低的同时又有着较高的性能，拥有8K在系统可编程FLASH存储器。

可构成单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。

当程序小于4K时，四个I/O口全部提供给用户。

STC89C52使用的是经典MCS-51内核，在指令系统和引脚上完全与51单片机兼容，完全代替传统51单片机的同时，还使系统的功能多样化，打破了许多传统51单片机的局限性。

STC89C52具有以下标准功能：

8K字节FLASH，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，3个16位定时器/计数器，内置4KBEEPROM,MAX810复位电路，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另STC89C52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件，可选择节电模式。

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。

在掉电保护模式下，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[3]。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

STC89C52引脚介绍：

（1）主电源引脚（2根） 

VCC（Pin40）：

电源输入，接入＋5V电源。

 GND（Pin20）：

接入地线。

（2）接晶振引脚（2根） 

XTAL1（Pin19）：

片内振荡电路的输入端。

XTAL2（