物联网论文-基于蓝牙技术的智能台灯设计.docx

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物联网技术期末文档

中山大学南方学院

本科生期末论文

基于蓝牙技术的智能台灯设计

系名：

电子通信与软件工程系

专业：

通信工程

学号：

132014

姓号：

班级：

13级通信三班

小组分工：

二〇一六年六月

27

摘要

本文介绍了设计的框架结构和组成模块以及各模块的原理，介绍了各部分硬件设计和各部分软件设计以及软件流程图。

该设计是以STC89C52单片机为控制核心,蓝牙技术和多种传感器做辅助的集多种功能于一体的智能LED台灯。

硬件设计分为单片机控制模块、XM-15B蓝牙模块、HR-SR04超声波测距传感模块、Led（仿台灯大小光圈）模块、温湿度模块、SW-420震动传感模块、蜂鸣器模块、显示模块，光敏传感模块等八个部分。

单片机控制就用STC89C52，显示模块用LCD液晶显示温湿度，台灯模块用两个心形LED灯模拟大小光圈，用蜂鸣器发出警示声，温湿度传感器用DTH11传感器，检测人的距离用超声波测距传感器，手动触碰开关用振动传感器。

软件设计用单片机C语言编写，实现了全部控制功能。

其特点是外界光强较弱/较强时能自动开/关灯，智能化节约能源；当你离桌面太近时，可发出警告纠正坐姿，防止近视。

并有一度显示器显示出当前屋内的温湿度。

这种智能台灯对于我们而言可能已经毫无价值，可是对于小、初和高中生而言却有着很大的意义。

【关键词】智能台灯;单片机；蓝牙技术；传感器

目录

摘要 I

第一章 项目概述 4

1.1智能台灯系统概述 4

1.2设计内容 5

1.2.1实现功能 5

1.2.2系统分析 5

第二章 系统功能介绍 6

2.1光敏传感灯控 6

2.2超声波测距提醒 6

2.3触碰式灯控 6

2.4温湿度显示 6

第三章 系统硬件组成 7

3.1STC89C51单片机 7

3.2XM-15B蓝牙模块 8

3.3光敏传感模块 9

3.4HR-SR04超声波测距传感模块 9

3.5Led灯模拟模块 10

3.6LCD液晶显示模块 11

3.7蜂鸣器模块 11

3.8SW-420震动传感模块 12

3.9DHT11温湿度传感模块 12

第四章 软件架构和开发环境 14

4.1编程软件KeiluVision4 14

4.2画图软件ProtelDXP 15

第五章 程序流程介绍 16

5.1系统工作原理图 16

5.1.1发送端主函数 17

5.1.2接收端主函数 17

5.2温湿度采集模块设计 18

5.3光敏传感模块设计 18

5.4震动传感模块设计 19

5.5超声波测距模块设计 19

5.6LCD显示模块设计 19

5.7蜂鸣器模块设计 19

第六章 其他 20

6.1项目成本计算 20

6.2项目实验结果 20

6.2.1震动传感实验结果 20

6.2.2光敏传感实验结果 21

6.2.3温湿度传感实验结果 21

6.3项目反思 22

6.3.1问题及解决方案 22

6.3.2改进方案 22

6.4项目心得 23

6.5小组分工 24

参考文献 25

附录1——发送模块电路图 26

附录2——接收模块电路图 27

第一章项目概述

1.1智能台灯系统概述

随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器开始走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更加方便。

随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。

家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用电器的发展越来越方便、舒适。

随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。

台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。

它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。

它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习。

一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡，有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明。

台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。

全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。

另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿。

我们这次的智能台灯可分为自动和手动两种模式。

在自动模式下，台灯能根据环境光的明暗来自动开启台灯，即当环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿。

当光线足够则自动关灯，达到节约能源的目的。

手动模式里，一有触碰开多一级灯光的功能，二是为了不习惯使用自动模式的人或是台灯中的微机出现故障等紧急情况时用的。

在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的。

本系统进行了一系列实验，此台灯系统的各项功能及其实验的原理和结果将展现在后文当中。

1.2设计内容

1.2.1实现功能

名称：

基于蓝牙技术的智能台灯

内容及要求:

设计并制作一种智能台灯，主要是以XM-15B蓝牙模块、STC89C52单片机以及多个传感模块组成的传感控制电路。

具体要求如下：

1．以专门感应光线强度的光敏传感器和感受触摸震动的震动传感器为基础，以XM-15B蓝牙模块处理电信号，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的；

2．当房间亮度不够/充足时，台灯小光圈便会自动点亮/熄灭，节约能源；

3．当学习时使用者由于靠桌面太近，造成坐姿不正，由超声波测距传感器控制的系统就会发出提示，以纠正坐姿，防止近视；

4.当使用者觉得光线不充足但台灯未开启，或台灯开启但光线不够时，可通过手边的振动传感模块开启台灯大光圈；

5.内设温湿度计的功能，由DHT11采集数据，蓝牙模块传输实时室内温、湿度，更加贴近使用者的健康生活。

1.2.2系统分析

台灯已是千家万户的必需生活用品，当夜晚来临时，人们摸黑去开灯，非常不方便。

在这里设计了以蓝牙模块及多个传感元件控制电路的台灯。

当环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，光线充足则自动关灯，达到节约能源的目的。

单片机是本次智能节能台灯设计中的主要控制单元，主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。

本次设计过程中除了硬件部分采用防干扰技术外，在软件中也采用了防干扰技术，当中断0产生时，并不立即执行，而是对其进行延时，防止由于不小心而进入到探测器的范围内，以免产生误判。

第二章系统功能介绍

2.1光敏传感灯控

本功能是以专门感应光线强度的光敏传感器为基础，以XM-15B蓝牙模块处理电信号，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的；当光敏传感模块感应到房间光线强度不够/充足时，光敏传感模块让蓝牙模块发出信号，连接灯控的另一蓝牙模块接收到此信号后，台灯小光圈便会自动点亮/熄灭。

2.2超声波测距提醒

以HR-SR04超声波测距传感模块为基础的超声波测距提醒功能指的是，当学习时使用者由于靠桌面太近，造成坐姿不正时，由超声波测距传感器控制的系统就会控制蓝牙模块发送指令，而另一模块收到数据指令则控制蜂鸣器发出警报，以纠正使用者坐姿，防止其近视，这一功能的重要性在中小学生当中显得尤其重要。

2.3触碰式灯控

此功能以感受触摸震动的SW-420震动传感器为基础，表现为当使用者觉得光线不充足但台灯未开启，或者台灯开启后光线仍然不充足时，可通过触摸手边的震动传感模块，使开启或者关闭的信号通过发送端的蓝牙模块传输到接收端，即台灯一端成功接收后，可控制开启或关闭台灯大光圈；

2.4温湿度显示

本台灯还内设温湿度计的功能，由DHT11采集数据后，由发送端的蓝牙模块向接收端（台灯）传输实时室内温、湿度，并使数据显示在LCD液晶屏上,使我们的智能台灯更加时尚美观,也更加贴近使用者的健康生活。

第三章系统硬件组成

3.1STC89C51单片机

本设计采用STC89C51单片机作为主控制器，单片机STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，4个外部中断，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个7向量2级中断结构，全双工串行口。

另外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。

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。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

图3-1-1为STC89C52单片机引脚图

图3-1-1STC89C52单片机引脚图图3-1-2中断响应和处理过程

STC89C52中断技术概述:

中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。

这是由片内的中断系统来实现的。

当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。

中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。

图3-1-2为整个中断响应和处理过程。

3.2XM-15B蓝牙模块

XM-15B蓝牙模块（以下简称模块）实现了蓝牙SPP规范，符合蓝牙2.1+EDR标准，具有两种工作模式：

命令模式和数据模式，在数据模式下模块又可分为主（Master）、从（Slave）和回环（Loopback）三种工作角色。

当模块处于命令模式时能执行下述所有AT指令，用户可向模块发送各种AT指令，为模块设定参数或发送控制命令。

在模块未连接任何设备时（蓝色指示灯闪烁），处于命令模式，可以随时接收AT指令，在命令模式下，模块可以根据设置的角色被连接或者主动连接其它蓝牙设备。

模块与其它蓝牙设备连接之后（蓝色指示灯常亮），自动进入数据模式。

图3-2-1XM-15B蓝牙模块引脚图图3-2-2XM-15B蓝牙模块实物图

XM-15B上的核心模块为XM-05，底板上内置了电源管理芯片及5V与3.3VTTL信号的转换电路，可以同时兼容3/3.3/5V几种不同的电压的信号，模块的TXD输出引脚的高电平为VCC-0.3v。

3.3光敏传感模块

光敏电阻传感模块描述：

可以检测周围环境的亮度和光强；灵敏度可调（见图3-3-1中蓝色数字电位器调节）；工作电压3.3V-5V；输出形式：

a为模拟量电压输出；b为数字开关量输出（0和1）；设有固定螺栓孔，方便安装；小板PCB尺寸：

3cm*1.6cm。

图3-3-1光敏电阻传感器实物图图3-3-2光敏电阻传感器原理图

光敏电阻传感模块模块接口说明：

VCC外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）；；GND外接GND；DO小板数字量输出接口（0和1）；AO小板模拟量输出接口。

3.4HR-SR04超声波测距传感模块