单片机的手机控制智能家居照明系统
摘 要本文主要围绕“智能家居照明控制系统”进行了全方位的介绍，不仅对这种系统的起源发展背景以及国内外的研究现状做了综合分析，更在此基础上制定了本文的设计目标。本文选用了目前单片机市场上最畅销的STC89C51单片机作为主要控制器芯片，并结合了其他必要的功能芯片，设计出了一款能够实现蓝牙控制的智能家居照明控制系统，使用者可通过手机或者电脑等电子产品的蓝牙功能来实现对LED灯光的控制的智能家居照明控制系统，该系统不仅在硬件上突破了目前相关产品的成本消耗，更将硬件系统结构简化到最精，大幅度地降低了电能消耗、提高了待机时长，另外由于采用了普及程度较为广泛的C语言进行了程序代码的设计和开发，因此大大减少了软件系统的设计周期。本文最终通过Proteus软件对所设计的系统进行了全面的仿真，对各种能指标进行了检验，检验结果显示系统的各项性能完全达标。
目录
一、 引言 2
（一） 智能家居照明系统的发展背景 2
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 3
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 控制芯片的选取 4
（二） HC05主从一体式蓝牙模块介绍 5
（三） LCD1602显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能家居照明系统的系统结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） HC05蓝牙模块电路设计 8
（四） 显示器电路设计 9
（五） LED灯及其驱动电路设计 9
（六） 按键电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 智能家居照明系统的软件工作流程设计 11
（二） HC05蓝牙模块收发信息流程设计 12
（三） 液晶显示器工作流程设计 12
五、 实物调试与安装 14
（一） 实物安装 14
（二） 上电调试 15
（三） 蓝牙遥控 15
总 结 19
致 谢 20
参考文献 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
智能家居照明系统的发展背景
本设计将要设计的这款基于STC89C51单片机的智能家居照明控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生产生活方式，不仅满足了现代人们对于高质量生活的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。智能家居照明控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，智能家居照明控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款智能家居照明控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的智能家居照明控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上智能家居照明控制系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个智能家居照明控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给智能家居照明控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的智能家居照明控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用智能家居照明控制系统。本次毕业设计就将以智能家居照明控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的智能家居照明控制电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为功能单一、结构简单，一些新型智能特性还没有大规模普及，如在智能家居照明控制系统中植入对管理者的指纹识别以及灯光源的质量上，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。前不久国内一所研究机构推出了他们的最新研究成果，在功能上他们实现了更高质量光源的产生，设计师改进了对LED的驱动，将电源的频率由50Hz提高到几十kHz，这样大大提高了光源的闪动频率，实现了对眼睛的保护。
本文主要研究内容
本文在智能家居照明发展背景的基础上选择了智能家居照明作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的智能家居照明系统，并实现以下功能指标，下面为本课题将要实现的功能：
1）采用STC89C51单片机作为主控器件，构建其最小系统电路，并通过C语言进行程序开发，实现对HC05蓝牙以及液晶屏的驱动；
2）配置LCD1602液晶屏电路，实现对灯光参数以及课题标题的显示；
3）配置HC05蓝牙无线通信模块，实现对手机控制指令的接收；
4）采用+5V直流电压进行系统供电。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本部分主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国宏晶公司推出的STC89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
本文所设计的这款智能家居照明控制系统选用了下图1中的STC89C51单片机芯片来作为系统的主要控制芯片，通过这个芯片强大的控制作用，从而达到读取、驱动外部其它模块的目的，从而使得各模块都能够相互配合，实现本文的设计目标，下面对这款单片机芯片进行详细的介绍。
STC89C51单片机是宏晶公司的设计人员采用了传统经典的MCS51为内核并配置了FLASH、RAM以及定时器等模块而实现的一款新型单片机，作为宏晶公司最基础并且最热门的一款控制器芯片，它深受高校学生以及其他单片机初学者的青睐，这主要得益于其内部的寄存器数量较少，非常容易进行程序代码的编写，不像其他高端单片机（如STM32）那样，有着上百个寄存器需要配置。所谓STC89C51，其中的STC指的是宏晶公司的英文名称，C51指的是通过C语言开发的MCS51内核单片机，宏晶公司的设计人员为这款单片机配置了一个能够最多存储4k字节程序代码的FLASH以及一个能够最多存储128字节临时数据的RAM，通过这个储存模块的搭配，用户能够轻松的实现程序代码的下载，此特点决定了它是学生实验中的最佳选择对象。
目录
一、 引言 2
（一） 智能家居照明系统的发展背景 2
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 3
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 控制芯片的选取 4
（二） HC05主从一体式蓝牙模块介绍 5
（三） LCD1602显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能家居照明系统的系统结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） HC05蓝牙模块电路设计 8
（四） 显示器电路设计 9
（五） LED灯及其驱动电路设计 9
（六） 按键电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 智能家居照明系统的软件工作流程设计 11
（二） HC05蓝牙模块收发信息流程设计 12
（三） 液晶显示器工作流程设计 12
五、 实物调试与安装 14
（一） 实物安装 14
（二） 上电调试 15
（三） 蓝牙遥控 15
总 结 19
致 谢 20
参考文献 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
智能家居照明系统的发展背景
本设计将要设计的这款基于STC89C51单片机的智能家居照明控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生产生活方式，不仅满足了现代人们对于高质量生活的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。智能家居照明控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，智能家居照明控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款智能家居照明控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的智能家居照明控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上智能家居照明控制系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个智能家居照明控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给智能家居照明控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的智能家居照明控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用智能家居照明控制系统。本次毕业设计就将以智能家居照明控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的智能家居照明控制电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为功能单一、结构简单，一些新型智能特性还没有大规模普及，如在智能家居照明控制系统中植入对管理者的指纹识别以及灯光源的质量上，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。前不久国内一所研究机构推出了他们的最新研究成果，在功能上他们实现了更高质量光源的产生，设计师改进了对LED的驱动，将电源的频率由50Hz提高到几十kHz，这样大大提高了光源的闪动频率，实现了对眼睛的保护。
本文主要研究内容
本文在智能家居照明发展背景的基础上选择了智能家居照明作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的智能家居照明系统，并实现以下功能指标，下面为本课题将要实现的功能：
1）采用STC89C51单片机作为主控器件，构建其最小系统电路，并通过C语言进行程序开发，实现对HC05蓝牙以及液晶屏的驱动；
2）配置LCD1602液晶屏电路，实现对灯光参数以及课题标题的显示；
3）配置HC05蓝牙无线通信模块，实现对手机控制指令的接收；
4）采用+5V直流电压进行系统供电。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本部分主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国宏晶公司推出的STC89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
本文所设计的这款智能家居照明控制系统选用了下图1中的STC89C51单片机芯片来作为系统的主要控制芯片，通过这个芯片强大的控制作用，从而达到读取、驱动外部其它模块的目的，从而使得各模块都能够相互配合，实现本文的设计目标，下面对这款单片机芯片进行详细的介绍。
STC89C51单片机是宏晶公司的设计人员采用了传统经典的MCS51为内核并配置了FLASH、RAM以及定时器等模块而实现的一款新型单片机，作为宏晶公司最基础并且最热门的一款控制器芯片，它深受高校学生以及其他单片机初学者的青睐，这主要得益于其内部的寄存器数量较少，非常容易进行程序代码的编写，不像其他高端单片机（如STM32）那样，有着上百个寄存器需要配置。所谓STC89C51，其中的STC指的是宏晶公司的英文名称，C51指的是通过C语言开发的MCS51内核单片机，宏晶公司的设计人员为这款单片机配置了一个能够最多存储4k字节程序代码的FLASH以及一个能够最多存储128字节临时数据的RAM，通过这个储存模块的搭配，用户能够轻松的实现程序代码的下载，此特点决定了它是学生实验中的最佳选择对象。
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