单片机的手机控制智能家居照明系统的设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能灯光控制发展背景 1
（二） 智能灯光的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） STC89C51单片机芯片 2
（二） 蓝牙概述 2
（三） HC-05型主从一体蓝牙模块及配置 3
（四） LCD1602型显示器介绍 7
（五） RTC时钟芯片 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 家居照明系统硬件框图设计 8
（二） STC89C51单片机最小系统 8
（三） HC-05蓝牙模块与单片机电路设计 9
（四） 显示模块电路 10
（五） RTC时钟芯片电路设计 10
（六） 按键电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 家居照明系统的软件系统设计 12
（二） HC-05蓝牙软件流程设计 12
（三） 显示模块工作流程 14
（四） RTC时钟芯片工作流程图设计 15
五、 实物制作与调试 17
（一） PCB设计 19
（二） 元件的焊接 19
（三） DS1302无法正常使用 19
总结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
智能灯光控制发展背景
智能灯光控制系统是在单片机控制技术以及传感器技术成熟后出现的，这种系统内部往往集成了微处理器、光线强度传感器、RTC时钟模块、显示器以及光照调节器等核心部分。随着半导体技术的不断发展，能够检测人体红外信号的半导体也被发明出来，这种半导体能够有效的吸收人体释放的红外波段，而非人体释放的红外线将对其不产生作用，当人体红外信号较强时，该半导体的阻值也将降低，目前市面上较为流行的热释电红外传感器就是以这种半导体作为核心元件而设计出来的，该传感器检
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
器技术成熟后出现的，这种系统内部往往集成了微处理器、光线强度传感器、RTC时钟模块、显示器以及光照调节器等核心部分。随着半导体技术的不断发展，能够检测人体红外信号的半导体也被发明出来，这种半导体能够有效的吸收人体释放的红外波段，而非人体释放的红外线将对其不产生作用，当人体红外信号较强时，该半导体的阻值也将降低，目前市面上较为流行的热释电红外传感器就是以这种半导体作为核心元件而设计出来的，该传感器检测到周围有人时立即输出高电平脉冲信号，这样将该传感器植入到灯光控制系统中，就能够有效的实现教室内无人灯光自动关闭的效果，从而达到节能减排的重要意义。
智能灯光的国内外发展现状
目前智能灯光控制系统在国内外都有着广泛的研究，研究内容主要分为两个方面，一是对灯的材料进行研究，设计出功耗更低，光线质量更优质的LED灯；二是对灯开关的控制系统进行研究，目前所取得的现状是：灯光控制系统能够自动采集声音、人体以及室外光照强度等信号而实现灯光的自动控制，随着网络技术以及无线通信技术的发展，智能灯光控制系统已经不能满足于现在所取得的研究现状，网络化以及无线操控化将是它的最新发展方向，在控制系统中植入Zigbee模块、以太网、GSM等通信模块，将灯光的使用情况通过网络或者短信发送给管理者，实现灯光开关控制系统的更方便管理。
本文主要研究内容
本文以基于单片机的手机控制智能家居照明系统为课题，选择台湾宏晶公司研发的STC89C51单片机作为主控核心，并结合目前市面上使用最为广泛的HC-05蓝牙模块作为与手机通信的机制，设计了一款能够根据通过手机进行家居照明灯光开关启闭的控制系统，并能实现时间的显示。
方案选择及元器件介绍
STC89C51单片机芯片
本课题选用了宏晶公司推出的STC89C51单片机作为主控芯片。图2-1为STC89C51单片机的芯片图。
图2-1 STC89C51单片机
宏晶公司在STC89C51单片机片内集成了一个高性能的UART串口，其数据收发管脚TXD和RXD被分别映射到P3.0和P3.1两个IO管脚；两个高达16位的计数器，具有定时和计数两种工作模式；两个外部中断管脚EX0和EX1，被分别映射到P3.2和P3.3两个IO管脚。
蓝牙概述
本系统为了实现手机与照明系统之间的通信，所以选用了HC-05型蓝牙作为数据的收发机制。蓝牙目前作为电脑、手机以及各种PDA之间通信的最常用收发器，已经赢得了当前无线通信器件市场的大片份额，蓝牙是作为一种无线通信技术标准，使用2.4GHz的ISM频段作为通信频段，它一开始由瑞典爱立信公司的一个无线通信开发组研发出来，最初主要是用于替代RS232接口，以此来解决数据难以同步的难题。
蓝牙在2.402GHz至2.480GHz频率范围内共分成79个频道，每个频道的带宽为1MHz，从而使得蓝牙通信能够在这79个频道内实现跳频。目前在发射功率上可以将蓝牙分成三个级别，第一级别的蓝牙发射功率可以达到100mW，也就是20dBm，这种较大的发射功率能够使得信号传送到很远的距离，在空旷的地带上能够达到100米的有效通信距离；第二级别的蓝牙发射功率可以达到2.5mW，即4dBm，在空旷的地带上能够达到10米的有效通信距离；第三级别的蓝牙发射功率可以达到1mW,即0dBm，这种小功率的蓝牙器件一般用于蓝牙鼠标以及蓝牙耳机等近距离设备中，它的通信距离能够达到1米。
蓝牙在使用时分为主从两种设备，本文所使用的HC-05蓝牙模块是一种典型的主从一体模块，通过AT命令的设置，可以将任意的一块HC-05模块配制成主设备或者从设备。将蓝牙配制成主设备时，理论上最大能够连接七个从设备，也就是通过主设备能够同时向七个从设备的蓝牙模块传送数据，而从设备只能连接一个主设备，这就是主设备和从设备的区别。
本系统所使用的HC-05主从一体蓝牙属于蓝牙2.1版本，这个版本的数据通信速率能够达到3Mbit/s，也就是每秒能够传送375K个字符，另外目前蓝牙主要分为四种版本，最早的版本是蓝牙1.2，它能够实现1.2Mbit/s的数据通信速率；蓝牙3.0和4.0都能够实现24Mbit/s的数据通信速率。
HC-05型主从一体蓝牙模块及配置
下面图2-2中所示的就是HC-05主从一体蓝牙模块，从图片中可以发现HC-05的集成度已经非常高了，不但引脚少，布线方便简洁，并且还集成了微带天线
一、 引言 1
（一） 智能灯光控制发展背景 1
（二） 智能灯光的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） STC89C51单片机芯片 2
（二） 蓝牙概述 2
（三） HC-05型主从一体蓝牙模块及配置 3
（四） LCD1602型显示器介绍 7
（五） RTC时钟芯片 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 家居照明系统硬件框图设计 8
（二） STC89C51单片机最小系统 8
（三） HC-05蓝牙模块与单片机电路设计 9
（四） 显示模块电路 10
（五） RTC时钟芯片电路设计 10
（六） 按键电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 家居照明系统的软件系统设计 12
（二） HC-05蓝牙软件流程设计 12
（三） 显示模块工作流程 14
（四） RTC时钟芯片工作流程图设计 15
五、 实物制作与调试 17
（一） PCB设计 19
（二） 元件的焊接 19
（三） DS1302无法正常使用 19
总结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
智能灯光控制发展背景
智能灯光控制系统是在单片机控制技术以及传感器技术成熟后出现的，这种系统内部往往集成了微处理器、光线强度传感器、RTC时钟模块、显示器以及光照调节器等核心部分。随着半导体技术的不断发展，能够检测人体红外信号的半导体也被发明出来，这种半导体能够有效的吸收人体释放的红外波段，而非人体释放的红外线将对其不产生作用，当人体红外信号较强时，该半导体的阻值也将降低，目前市面上较为流行的热释电红外传感器就是以这种半导体作为核心元件而设计出来的，该传感器检
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
器技术成熟后出现的，这种系统内部往往集成了微处理器、光线强度传感器、RTC时钟模块、显示器以及光照调节器等核心部分。随着半导体技术的不断发展，能够检测人体红外信号的半导体也被发明出来，这种半导体能够有效的吸收人体释放的红外波段，而非人体释放的红外线将对其不产生作用，当人体红外信号较强时，该半导体的阻值也将降低，目前市面上较为流行的热释电红外传感器就是以这种半导体作为核心元件而设计出来的，该传感器检测到周围有人时立即输出高电平脉冲信号，这样将该传感器植入到灯光控制系统中，就能够有效的实现教室内无人灯光自动关闭的效果，从而达到节能减排的重要意义。
智能灯光的国内外发展现状
目前智能灯光控制系统在国内外都有着广泛的研究，研究内容主要分为两个方面，一是对灯的材料进行研究，设计出功耗更低，光线质量更优质的LED灯；二是对灯开关的控制系统进行研究，目前所取得的现状是：灯光控制系统能够自动采集声音、人体以及室外光照强度等信号而实现灯光的自动控制，随着网络技术以及无线通信技术的发展，智能灯光控制系统已经不能满足于现在所取得的研究现状，网络化以及无线操控化将是它的最新发展方向，在控制系统中植入Zigbee模块、以太网、GSM等通信模块，将灯光的使用情况通过网络或者短信发送给管理者，实现灯光开关控制系统的更方便管理。
本文主要研究内容
本文以基于单片机的手机控制智能家居照明系统为课题，选择台湾宏晶公司研发的STC89C51单片机作为主控核心，并结合目前市面上使用最为广泛的HC-05蓝牙模块作为与手机通信的机制，设计了一款能够根据通过手机进行家居照明灯光开关启闭的控制系统，并能实现时间的显示。
方案选择及元器件介绍
STC89C51单片机芯片
本课题选用了宏晶公司推出的STC89C51单片机作为主控芯片。图2-1为STC89C51单片机的芯片图。
图2-1 STC89C51单片机
宏晶公司在STC89C51单片机片内集成了一个高性能的UART串口，其数据收发管脚TXD和RXD被分别映射到P3.0和P3.1两个IO管脚；两个高达16位的计数器，具有定时和计数两种工作模式；两个外部中断管脚EX0和EX1，被分别映射到P3.2和P3.3两个IO管脚。
蓝牙概述
本系统为了实现手机与照明系统之间的通信，所以选用了HC-05型蓝牙作为数据的收发机制。蓝牙目前作为电脑、手机以及各种PDA之间通信的最常用收发器，已经赢得了当前无线通信器件市场的大片份额，蓝牙是作为一种无线通信技术标准，使用2.4GHz的ISM频段作为通信频段，它一开始由瑞典爱立信公司的一个无线通信开发组研发出来，最初主要是用于替代RS232接口，以此来解决数据难以同步的难题。
蓝牙在2.402GHz至2.480GHz频率范围内共分成79个频道，每个频道的带宽为1MHz，从而使得蓝牙通信能够在这79个频道内实现跳频。目前在发射功率上可以将蓝牙分成三个级别，第一级别的蓝牙发射功率可以达到100mW，也就是20dBm，这种较大的发射功率能够使得信号传送到很远的距离，在空旷的地带上能够达到100米的有效通信距离；第二级别的蓝牙发射功率可以达到2.5mW，即4dBm，在空旷的地带上能够达到10米的有效通信距离；第三级别的蓝牙发射功率可以达到1mW,即0dBm，这种小功率的蓝牙器件一般用于蓝牙鼠标以及蓝牙耳机等近距离设备中，它的通信距离能够达到1米。
蓝牙在使用时分为主从两种设备，本文所使用的HC-05蓝牙模块是一种典型的主从一体模块，通过AT命令的设置，可以将任意的一块HC-05模块配制成主设备或者从设备。将蓝牙配制成主设备时，理论上最大能够连接七个从设备，也就是通过主设备能够同时向七个从设备的蓝牙模块传送数据，而从设备只能连接一个主设备，这就是主设备和从设备的区别。
本系统所使用的HC-05主从一体蓝牙属于蓝牙2.1版本，这个版本的数据通信速率能够达到3Mbit/s，也就是每秒能够传送375K个字符，另外目前蓝牙主要分为四种版本，最早的版本是蓝牙1.2，它能够实现1.2Mbit/s的数据通信速率；蓝牙3.0和4.0都能够实现24Mbit/s的数据通信速率。
HC-05型主从一体蓝牙模块及配置
下面图2-2中所示的就是HC-05主从一体蓝牙模块，从图片中可以发现HC-05的集成度已经非常高了，不但引脚少，布线方便简洁，并且还集成了微带天线
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