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0PWM_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=0x07P1; /输出端口 if（PWM_T=t） /按照当前占空比切换输出为高电平 P1=0xf8P1； 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 3TL1 = 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12TBRT = 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）shuzui = 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(shuzu0) case 1： if（shuzu1 = 1） P25 = 1；P24 = 0；P22 = 0；red = 1; else if (shuzu1 = 2) P25 = 0；P24 = 1;P22 = 0;green = 1； else if （shuzu1 = 4) P25 = 0；P24 = 0；P22 = 1；blue = 1； case 3： onshi = shuzu2；onshi = ZhuanHuan（onshi)； onfen = shuzu3；onfen = ZhuanHuan(onfen）； offshi = shuzu4;offshi= ZhuanHuan（offshi）； offfen = shuzu5;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shuzu0是1的时候就说明他是灯管颜色切换信息，然后我们再对shuzu1进行判断,如果shuzu1是1,则是红灯亮；如果shuzu1是2，则是绿灯亮；shuzu2是4，则是蓝灯亮。如果shuzu0是3，就代表该信息是LED定时开关信息.此时我们分别将shuzu2到shuzu5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。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HC05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。.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 31软件操作流程图。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33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34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。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35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41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42（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）abc图43（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44所示.图4-4 灯光亮度调节效果图