基于蓝牙控制的灯光控制系统设计实验报告.doc

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。
void Timer0Init(）
｛
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；
}
void timer0() interrupt 1
{
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
void Timer1Init(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
｝
void timer1(） interrupt 3
｛
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
void send_data(uchar byte) //串口发送函数
{
SBUF = byte；
while(!TI）;
TI = 0;
}
void UartInit(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。
void uart(） interrupt 4 //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；
｝
｝
void rsckongzhi（） 串口数据处理
｛
switch(shuzu［0］)
｛
case 1：
if（shuzu［1］ == 1） ｛P25 = 1；P24 = 0；P22 = 0；red = 1;｝
else if (shuzu［1］ == 2) {P25 = 0；P24 = 1;P22 = 0;green = 1；｝
else if （shuzu［1］ == 4) {P25 = 0；P24 = 0；P22 = 1；blue = 1；｝
case 3：
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。3 DS1302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,Easy For Android，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:ef ee 01 开关控制 00 00 00 00
'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 EF EE 03 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