基于物联网的智能家电控制开关的设计
摘要： 随着物联网的兴起，智能家居以其独有的开放性优势正在为我们提供更多优质便捷的技术成果。本设计的是基于物联网的智能家居控制系统的设计，基于智能手机平能，借助于物联网的蓝牙技术，设计和实现了一种无线遥控智能开关解决方案。设计以手机控制平台、蓝牙通讯模块、驱动模块等硬件模块组成的小型智能开关控制家居。
本文从通过手机进行控制的角度来进行设计的，介绍了基于物联网的智能开关控制要实现的功能，接着阐述该系统电路的设计及原理的说明，包括了方案的设计、重要元器件的介绍、电路设计的说明、软件设计流程以及系统的调试。最后总结了基于物联网的智能家电开关控制设计完成的任务。
关键词：物联网；手机蓝牙；智能开关；
前言
随着网络信息的发展、通信技术的不断进步、国内外消费水平的不断攀升，网络通信越来越多的被应用于人们的日常生活中，人们对于生活质量、住宅质量的要求也越来越高。传统家居设备控制已经不能满足于当代人们的需求。人们需要更高效、更便捷、更舒适、更安全的生活环境。基于这些对于高品质生活的追求，智能家居的理念应运而生。
智能家居是基于家庭住宅的，结合计算机技术、通信技术、综合布线技术、安全技术、自控技术、音视频技术等高端技术，将家居中有关设施集成起来，构建高效、节能的住宅设施与家庭事务的管理系统，它对提高家居安全性、节能型、便利型和舒适性有很大帮助。智能家居系统往往包含照明控制、电子电气控制、门禁、消防警报、远程遥控等功能，其系统支持信息的实时采集、数据的输入、输出、家居电气的智能控制等。较之普通的家居系统，其更加强调主动性，以高新技术实现人与家居环境的和谐。
在上述背景下，本着加强家居生活的智能化，满足高效、便利、舒适与安全的要求，结合嵌入式技术与智能家居相关概念，设计出一套家居无线控制网络，开关一般是能控制电源通断的一种元器件。手机蓝牙通讯是一种短距离无线通讯技术。本设计是利用手机蓝牙来实现无线电灯智能开关工作。在大量的参考资料，进行大量的调试实验的基础上，逐步完善设计方案，从而实现了基于物联网的智能开关控制的设计。
一、基于物联网的智能控制开关的设计思路
目前利用普通开关来控制电灯开关的方法有：单控开关和双联双控开关。前者只对灯的单一地点控制通断作用；后者可实现二地可控制电灯通断作用。
人们在日常生活中经常遇到以下情况，躺在床上看书或看电视时，书可以随手放在枕头电视可以用手中的遥控器来开关，但是电灯如何方便的控制呢？
现有的常见开关有如下缺点：
（一） 不方便；
（二） 不安全，有时为了方便开关进行私接电线这样很不安全。
（三） 控制地点少，最多只能实现两地控制。
为了解决以上问题，在设计过程中想到了生活中无处不在的无线技术，如无线鼠标、无线耳机、无线路由器、无线收音机、无线遥控器等等，其实无线技术主要有调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术三种。其中蓝牙无线技术实际上是一种短距离无线通信技术。说得通俗一点，是蓝牙技术使现代一些易携带的移动通信设备和电脑设备不必借助电缆就能联网，其实际应用范围还可以扩展到各家家电产品、消费电子产品和汽车等家电，组成一个巨大的无线通信网络。红外无线技术是设备或者系统通过红外辐射传递数据的一种无线技术。调频无线技术也最早使用无线电技术。只要利用这三种技术中的一种我们就可以实现无线控制电灯开关了。
二、 无线通讯技术的选择——蓝牙
无线遥控开关不能是一个遥控器控制一盏灯，否则遥控器多了就会分不清楚，所以遥控器越少越好，最好是不用专门的遥控器。生活中很多学习型遥控器，又称拷贝型遥控器，它具有学习功能，可以与学习型控制器自动对码，直接使用，不需要编码。学习型控制器可以和其他遥控器一起使用。但即便如此也不方便，因此想到了利用手机做遥控器。只要让手机发出一个信号，一个小的仪器接收手机发出的信号，马上输出一个和原来相反的电平，这样再带动一个接触器，就可以实现开与关的动作。
现在家用无线通讯比较多的是使用wifi和蓝牙，wifi比蓝牙传输距离更远，也更稳定，运用范围比较广。但是针对智能家电和开关论证后发现wifi有一个特点，当手机已经连接上一个又一个wifi网络时进行下载时，想要连接另外wifi网络进行关灯遥控就必须要先退出下栽，这比较麻烦。如果利用蓝牙就不一样了，手机可以同时连接wfi和蓝牙，并且蓝牙还可以实现多点的控制，可以实现无线电视、空调、电饭蜗等等家用电器，优先于现代的电子控制和实用性，故选择蓝牙通讯技术。
三、 系统的设计与功能模块的测试
通过对手机遥控玩具汽车的研究，发现手机蓝牙和汽车蓝牙进行信息传输的模块是一个叫蓝牙模块的芯片板子。在淘宝网上搜索，发现芯片的型号比较多厂，家也很杂。蓝牙模块按功能可以分成三类：主机模块、从机模块、主从一体模块。主机模块只能在设置从机模块时和从机模块连接，是设置用的。从机模块是和主机模块或者PC的蓝牙适配器、PDA、蓝牙手机等通讯用的。我试验中选用无线蓝牙串口模块HC-06。
（一） 模块具体用法
1． ATUS：蓝牙状态输出，持续高电平表示数据链路已经连通。可以接单片机的IO口来查询蓝牙的状态。这个STATUSBU不是必须连接的。
2． VCC：电源接口，接5V必须连接。
3． GND：电源负极必须连接。
4． TXD：数据输出接口，需要连接单片机的数据发送接口，一般单片机IO的名称为RX或者RXD。
5． RXD：数据接收接口，需要连接单片机的数据发送接口，一般单片机IO的名称为TX或者TXD。
6． MCLR：主模块清除配对功能的管脚。一般接单片机的某一个IO，单片机输出一个500ms的低电平，然后再上拉输出高电平，实现清除蓝牙主机配对信息的功能。从模块管脚无定义，没有任何功能。
四、 程序设计
单片机和手机是通过蓝牙从机模块进行信号交换的。不仅要编写一段单片机程序，还要编写一段软件程序。这只是解决了单片机（俗称下位机）的程序。功能按键如下，按下s按钮，p1端口对应的接触器闭合，本想按下w按钮才关，但是以上所示按d、a都可以关。
程序如下：
#include{reg51.h
Sbit p0=p2^7;
Sbit pl=p2^6
Unsigned char a;
Void main()
{
TMOD=Ox20;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
REN=1;//开始接收
SM0=0;//8位UART
SM1=1;
EA=1//中断
ES=1；
While(1)
{switch(a)
{
Case 1:p0=1;break;//s
Case 2:p0=0;break//w
Case 3:p1=1;break://d
Case 4:p1=0;break://a
Case 0:p0=0;p1=0;break//STOP
Case 5:p0=1;p1=0;break;//A
Case 6:p0=1;p1=0;break;//B
Case 7:p0=0;p1=1;break;//C
Case 8:p0=0;p1=1;break;//D
}
}
}
Void mhp()interrupt 8//串口中断
{
RI=0；
P1=SBUF；
a=SBUF；
}
这段程序的输出端口只有两个sbit p0=P2^7;sbit p1=P2^6；也就是一个端口可以接一个继电器，这段程序可以控制两盏灯。
五、 系统的调试
（一） 系统的调试
利用keil uVision3软件编译，产生相应的.hex文件，STC-ISP-V483.exe软件进行程序下载。由于单片机开发板上提供了两个继电器，应此接线做起来比较方便。图2所示是单片机开发版的部分电路图。从图中我们可以看出只要把J42处的l端和单片机中的2.7端口相接，点击w或者s按钮，接触器就会有动作。
图1：系统控制组成图
图2单片机原理图
图3开发板原理图
图3是开发扳和蓝牙模块之间的接线，就这样打开电脑或者手机上的蓝牙，找到AC的蓝牙设备，输入密码，再打开下载到的那个软件，点一下软件上的 w按钮，继电器有动作，基于实现了利用手机蓝牙来无线控制电灯的开关。手机通过蓝牙串口助手来操作。
六、 结论：
物联网为智能家居的发展注入了新的活力，智能家居是物联网应用的一个重要行业。基于物联网的智能家居，表现为利用信息传感设备将家居的各种子系统结合在一起，并与互联网连接起来，实现家居智能化。随着物联网技术的发展和应用，为家居智能化提供了可靠的技术保障，智能家居具有非常广阔的市场前景。设想我们只要通过手机，就可以对生活中的各种电气设备，无论是大型的吊车还是小型的电灯进行无线控制。
利用手机蓝牙进行无线控制开关，从而实现了手机不仅可以打电话、发短信、娱乐，还可能控制电灯，使得手机又多了一项实用的功能。在本次设计的过程中，我遇到很多问题和困难，每次我都会认真思考和查找资料，和同事讨论请教，不断记录数据和不断改善设计，直至完善产品。
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