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智能家居之窗帘控制系统

洛阳理工学院

课程设计报告

课程名称物联网综合实训

设计题目智能家居之窗帘控制系统

专业计算机应用技术

班级

学号

姓名

完成日期2015-01-16

课程设计任务书

设计题目:

智能家居之窗帘控制系统

设计内容与要求:

基于STC90C516R单片机的智能窗帘的设计,以51单片机为内核的控制器作为整个系统的控制核心,手机与蓝牙模块实现短距离通信,蓝牙模块和单片机进行串口通信,单片机接收到指令开中断控制电机驱动,电机驱动控制电机正反转,达

到智能开关窗帘的效果。

要求如下:

1.手机软件的编写

2.掌握L298N直流电机驱动的使用方法及原理

3.掌握蓝牙模块使用方法

4.硬件模块的整合调试

5.了解STC90C516R单片机以及晶振电路对串口通信的影响

6.负责整体的框架以及软硬件的整合、调试

指导教师:

2015年1月4日

课程设计评语

成绩:

指导教师:

第一章项目背景1

1.1项目来源1

1.2开发目标1

第二章系统总体设计2

2.1智能窗帘系统的功能特点2

2.2系统总体结构图2

第三章智能窗帘系统硬件部分3

3.1直流电机硬件部分3

3.2直流电机驱动硬件部分3

3.2.1L298N简介3

3.2.2L298N工作原理4

3.2.3L298N实现正反转及停止的工作方式5

3.3蓝牙模块硬件部分5

3.3.1HC-06蓝牙模块简介5

3.3.2HC-06蓝牙模块的工作原理6

3.3.3HC-06蓝牙模块的串口通信7

3.4晶振电路硬件部分7

3.4.1晶振电路的作用7

3.4.2晶振电路对串口通信的影响7

第四章系统功能模块的软件设计8

4.1有关Android的蓝牙知识8

4.2Android关键程序8

4.3实训项目总体效果11

第五章实训心得12

参考文献13

第一章项目背景

1.1项目来源

随着国民经济的发展和科学技术水平的提高,特别是计算机技术,通信技术、

网络技术、控制技术的迅猛发展与提高,促使家庭实现了生活现代化,居住环境舒适化。

这些高科技已经影响到人们生活的方方面面,改变了人们的生活习惯,提高了人们的生活质量,智能家居在这种形势下应运而生。

在现代生活中,窗帘再不仅仅只起到遮挡光线的简单的作用。

它在整体家居中的装饰作用越来越突出。

据调查发现,居民因迁入新居而购买窗帘布艺产品平均每单花费在4000元以上,且不乏一次花费在2万元以上者。

因此,以迁入新居或装修后进行家用纺织品消费为特征的消费需求增长,成为家用纺织品消费的主流,明显地表现为刚性需求的增长。

另外,随着人们对居住环境的要求不断地提高,智能化的家居产品在人们的生活中将会逐渐被认识和采纳,智能窗帘也正以其强大的人性化功能、惊人的发展速度以及巨大的市场前景崭露头角。

1.2开发目标

本课题抓住“智能家居”这一理念,在设计中力求人性化的智能控制,给用户带来最佳的体验。

本设计以STC90C516R单片机⑴为控制核心,用蓝牙控制窗帘的开关,让用户拥有更好的体验。

第二章系统总体设计

通过分析功能,本设计的系统模块如图2-1所示:

图2-1系统模块

2.1智能窗帘系统的功能特点

本智能窗帘系统的具有的功能特点是,在蓝牙通信的有效距离内,可以通过移动终端(APP)控制窗帘的开和关。

2.2系统总体结构图

移动终端发送指令由蓝牙模块传输到单片机,单片机控制电机驱动模块,实现窗帘的智能开关。

图2-2系统设计

第三章智能窗帘系统硬件部分

3.1直流电机硬件部分

本设计采用的微型直流电机进行的模拟演示,具体参数为:

尺寸:

20*15*25

轴长:

8mm、轴径:

2mm、电压:

1-6v、参考电流:

0.35-0.4A、3v转速:

17000-18000转每

分钟,如图3-1:

图3-1直流电机

3.2直流电机驱动硬件部分

3.2.1L298N简介

L298N是SGS公司的产品如图3-2,内部包含4通道逻辑驱动电路。

是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,

接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。

其引脚排列如图3-3中所示,1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器,形成电流传感信号。

图3-2L298N芯片

CURRENTSENSINGE

OUTPUTJ

OUTPUT3

MKfl4

ENMJL£&

HWT3

LOGICSUPPLYVOLTAGEVK

fMfVT?

EHABtEA

LNFVT1

&JPPl¥VaTAGEVs

OUTPUT2

OUTPUT1

图3-3L298N引脚图

CIPRF^TSFftiSIMni

3.2.2L298N工作原理

L298可驱动2个电机,OUTI、OUT2和OUT3OUT4之间分别接2个电动机。

5、7、10、12脚接输入控制电平,控制电机的正反转,ENAENB

接控制使能端,控制电机的停转[3]。

1298的逻辑功能如表1所列。

表3-1逻辑功能

ENA(O

TWl(IN3)

IN2CIN■!

电机运行情:

H

H

L

正转

H

L

H

H

FfJiML(LN4)

raiw丄(ms)

快連停止

L

K

偉止

323L298N实现正反转及停止的工作方式

voidGo(void)

{

ENA=1;//电机驱动的使能端,给高电平时,准备进入工作状态

IN1=1;//IN1、IN2两个引脚接到单片机的10口,单片机通过给IN1、IN2不同

IN2=0;〃的高低电平,实现电机的正反转,

Delay_1ms(5000);〃调用延时函数,延时5s

}

voidBack(void)

{ENA=1;

IN仁0;

IN2=1;

Delay_1ms(5000);}

voidStop(void)

{

ENA=0;//电机驱动的使能端,给低电平时,电机驱动停止工作。

IN仁0;

IN2=0;}

3.3蓝牙模块硬件部分

本设计米用HC-06蓝牙模块与移动终端和单片机进行通信。

3.3.1HC-06蓝牙模块简介

蓝牙(BlueTooth)是一种支持设备短距离通信的无线电技术,功率级别分

CLASS100米距离和CLASS2I0米距离两种。

能在包括移动电话、PDA无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz频带,带宽可达3Mb/s。

本设计用的是HC-06型号的

蓝牙模块。

如图3-4.

图3-4蓝牙模块

3.3.2HC-06蓝牙模块的工作原理

1.蓝牙通信的主从关系

蓝牙技术[2]规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时,必须一个为主角色,另一为从角色,才能进行通信,通信时,必须由主端进行查找,发起配对,建链成功后,双方即可收发数据。

理论上,一个蓝牙主端设备,可同时与7个蓝牙从端设

备进行通讯。

一个具备蓝牙通讯功能的设备,可以在两个角色间切换,平时工作

在从模式,等待其它主设备来连接,需要时,转换为主模式,向其它设备发起呼叫。

一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时,需要知道对方的蓝牙地址,配对密码等信息,配对完成后,可直接发起呼叫。

2.蓝牙的呼叫过程

蓝牙主端设备发起呼叫,首先是查找,找出周围处于可被查找的蓝牙设备,此时从端设备需要处于可被查找状态,如:

蓝牙耳机需要按键操作才能进入可被查找状态。

主端设备找到从端蓝牙设备后,与从端蓝牙设备进行配对,此时需要输入从端设备的PIN码,一般蓝牙耳机默认为:

1234或0000,立体声蓝牙耳机默认为:

8888,也有设备不需要输入PIN码。

配对完成后,从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息,此时主端即可向从端设备发起呼叫,根据应用不同,可能是ACL数据链路呼叫或SCO语音链路呼叫,已配对的设备在下次呼叫时,不再需要重新配对。

已配对的设备,做为从端的蓝牙耳机也可以发起建链请求,但做数据通讯的蓝牙模块一般不发起呼叫。

链路建立成功后,主从两端之间即可进行双向的数据或语音通讯。

在通信状态下,主端和从端设备都可以发起断链,断开蓝牙

链路。

3.3.3HC-06蓝牙模块的串口通信

蓝牙数据传输应用中,一对一串口数据通讯是最常见的应用之一,蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息,主端预存有从端设备的PIN

码、地址等,两端设备加电即自动建链,透明串口传输,无需外围电路干预。

对一应用中从端设备可以设为两种类型,一是静默状态,即只能与指定的主端通信,不被别的蓝牙设备查找;二是开发状态,既可被指定主端查找,也可以被别的蓝牙设备查找建链。

3.4晶振电路硬件部分

3.4.1晶振电路的作用

晶振电路的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振,

便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振电路通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。

3.4.2晶振电路对串口通信的影响

11.0592MHz能够准确地划分成时钟频率,与UART通用异步接收器/发送器)常见的波特率相关。

特别是较高的波特率(19600,19200),不管多么古怪的值,这些晶振都是准确,常被使用的。

用11.0592MHz可以得到准确的数值,而用12MHz就不能得到整数数值。

通信是一定要准确发送和接受的,否则积累误差就会产生。

第四章系统功能模块的软件设计

4.1有关Android的蓝牙知识

在蓝牙中,每个服务和服务属性都唯一地由"全球唯一标识符"(UUID)来

校验。

正如它的名字所暗示的,每一个这样的标识符都要在时空上保证唯一。

UUID类可表现为短整形(16或32位)和长整形(128位)UUID。

他提供了分别利用String和16位或32位数值来创建类的构造函数,提供了一个可以比较两个UUID(如果两个都是128位)的方法,还有一个可以转换一个UUID为一个字符串的

方法。

UUID实例是不可改变的(immutable),只有被UUID标示的服务可以被发现。

1.两边的UUID必须是一样的,这是一个服务的唯一标识,而且这个UUID的值必须是00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB因为什么呢?

因为这个是android的API上面说明的,用于普通蓝牙适配器和android手机蓝牙模块连接的。

2•在连接的时候,如果电脑作为server(一直监听是否有服务连接),android手机作为client(主动和电脑建立连接),则需要在手机端调用这样一行代码:

mmSocket.connect()其中mmSocket是一个BluetoothSocket类。

4.2Android关键程序

Android程序由蓝牙通信发送指令到单片机,以下发送的”S””E””W为三种状态,”S”示停止窗帘的开关;”E表示窗帘的开;”W表示窗帘的关。

//curtainup

mbutton_curtain_up.setOnClickListener(newOnClickListener(){

publicvoidonClick(Viewv){

//Sendamessageusingcontentoftheedittextwidget

Stringmessage="S";

sendMessage(message);

});

//curtaindown

mbutton_curtain_down.setOnClickListener(newOnClickListener(){

publicvoidonClick(Viewv){

//Sendamessageusingcontentoftheedittextwidget

Stringmessage="W";

sendMessage(message);

}

});

//curtainstop

mbutton_curtain_stop.setOnClickListener(newOnClickListener(){

publicvoidonClick(Viewv){

//Sendamessageusingcontentoftheedittextwidget

Stringmessage="E";

sendMessage(message);

}

});

classTD2extendsThread{

privatefinalintt;

publicTD2(intt){

super();

this.t=t;

}

@Override

publicvoidrun(){

try{

Thread.sleep(t*1000);

Stringmessage="E";

sendMessage(message);

Thread.sleep(5*1000);//电机转动5s后停止

Stringmessagel="S";

sendMessage(message1);

}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();

}

};

}

定时功能部分代码,可以设置定时时长。

timer_curtain_down.setOnClickListener(newOnClickListener(){

publicvoidonClick(Viewv){

Stringstr=et_time.getText().toString();

if(!

TextUtils.isEmpty(et_time.getText())){

finalintt=Integer.parseInt(str);

Toast.makeTex(BluetoothChat.this,"定时"+t+"秒",0).show();td2=newTD2(t);

if(t1!

=null&&t1.isAlive()){

t1.interrupt();

}

if(t2!

=null&&t2.isAlive()){

t2.interrupt();

}

if(td1.isAlive()){

td1.interrupt();

}

td2.start();

}else{

Toast.makeText(BluetoothChat.this,"请输入有效值!

",0).show();

return;

}

}

}

);

4.3实训项目总体效果

图4-1硬件总体效果图图4-2移动终端界面

如图4-2所示,当蓝牙完成配对时,点击UP电机正向转动,窗帘打开;点击

down电机反转,窗帘关闭;点击stop电机停止转动。

在定时框里可以填入要定时的时间,填完时间后可以点击up(定时)或down(定时)定时功能开始工作。

第五章实训心得

相对于其他的课程设计我更重视本门的课程设计,因为早在大一的时候我就对自己有了定位,我要学习硬件方面的知识,当真正接触了物联网的时候我才发现原来很奇妙的东西、听起来很复杂的东西也就是一些当下技术的拼接。

通过这些天我深刻的感觉到了做东西很能提高自身的技能水平,从毕业设计到这些天的课程设计,从超声波、红外、光电、电机驱动再到这次的蓝牙技术让我收获颇丰。

我感觉哪怕是再小的技术问题也要亲手尝试,因为这其中也会出现各种问题,我们就会从中获取很多经验,XX上可以查到知识点,经验却是只能自己体会。

当这次实训完成时,我们的大学生活也就快要结束了。

而我的学习体验之路才刚刚开始,怀念在一起学习的日子,怀念在一起收获的日子。

参考文献

[1]林立,张俊亮,单片机原理以及应用•电子工业出版社,2014.1.

[2]朱刚,谭振辉,周贤伟,蓝牙技术原理与协议[M].北京:

北方交通大学出版社清华大学出版社,2002.

[3]童诗白,华成英.模拟电子技术[M].北京:

高等教育出版社,2003.

[4]温涛.物联网应用系统开发[M].大连:

东软电子出版社,2012.11.

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