博創杯作品設計方案報告文檔第十一屆“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽作品設計報告手機寵物Phonepet設計報告隊伍編號：B-HeN-參賽學校：許昌學院作者：學生1閆振學生2宋增學生3陳平勝指導教師：張柯組別：□碩士組█本科組□高職組摘要基于51單片機和Arduino開發平臺，以藍牙無線技術為基礎，設計手機寵物光立方以及傳感器系統。運用光立方監控手機來電事件，使用溫、濕度傳感器獲取溫、濕度參數的實時數據，通過煙霧傳感器進行火災報警。使用51單片機控制光立方和傳感器，使溫、濕度參數在液晶屏上顯示，通過蜂鳴器進行報警。除實現手機來電感知外，該設計還能實時監控溫、濕度，進行火災報警。關鍵詞：藍牙傳輸、光立方，傳感器、來電監控AbstractBasedon51single-chipmicrocomputerandArduinodevelopmentplatform,Bluetoothwirelesstechnologyasthebasis,designmobilephonepetopticalcubeandsensorsystem.Usinglightcubetomonitorthephonecallsincident,theuseoftemperature,humiditysensortemperature,humidityparametersofreal-timedata,throughsmokesensorforfirealarm.Use51single-chipcontrollightcubeandsensor,sothattemperatureandhumidityparametersontheLCDscreen,thealarmthroughthebuzzer.Inadditiontorealizethephonetotheinductor,thedesigncanreal-timemonitoringtemperature,humidity,firealarm.Keywords:bluetoothtransmission、lightcube、sensors、callermonitoring目錄第1章緒論...............................................................51.1藍牙技術簡介..........................................................51.2Arduino簡介...........................................................51.3光立方簡介............................................................61.451單片機最小系統簡介.................................................6第2章系統邏輯框圖........................................................62.1系統邏輯框圖........................................................6第3章系統功能與方案......................................................73.1 系統功能............................................................73.2 系統方案............................................................7第4章實現原理............................................................74.1 實現原理............................................................7第5章硬件電路設計........................................................75.1 硬件電路設計........................................................75.2硬件電路設計框圖...................................................8第6章軟件設計............................................................86.1 軟件設計............................................................86.2 軟件設計邏輯圖......................................................9第7章單個模塊系統測試.....................................................97.1藍牙模塊............................................................97.2溫濕度傳感器........................................................97.3煙霧傳感器.........................................................107.4lcd1602顯示屏......................................................107.5光立方.............................................................10第8章實現功能...........................................................118.1Arduino控制藍牙模塊..............................................118.2Arduino控制溫濕度傳感器...........................................118.3Arduino控制煙霧傳感器.............................................128.4Arduino控制lcd1602...............................................128.5Arduino控制單片機最小系統.........................................128.6單片機最小系統控制光立方......................................138.7手機app向藍牙發送控制信號....................................13第9章應用前景分析...................................................139.1應用前景......................................................139.2需求分析......................................................13第10章系統特色.......................................................1410.1 藍牙特色.......................................................1410.2 光立方特色.....................................................1410.3傳感器特色......................................................1410.4作品總體特色....................................................15結論......................................................................15附錄A：..................................................................15參考文獻..................................................................15緒論藍牙技術簡介是一種無線技術標準，可實現固定設備、移動設備和樓宇個人域網之間的短距離數據交換（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）。藍牙技術最初由電信巨頭愛立信公司于1994年創制，當時是作為RS232數據線的替代方案。藍牙可連接多個設備，克服了數據同步的難題。藍牙主設備最多可與一個微微網（一個采用藍牙技術的臨時計算機網絡）中的七個設備通訊,當然并不是所有設備都能夠達到這一最大量。設備之間可通過協議轉換角色，從設備也可轉換為主設備（比如，一個頭戴式耳機如果向手機發起連接請求，它作為連接的發起者，自然就是主設備，但是隨后也許會作為從設備運行。）藍牙核心規格提供兩個或以上的微微網連接以形成分布式網絡，讓特定的設備在這些微微網中自動同時地分別扮演主和從的角色。數據傳輸可隨時在主設備和其他設備之間進行（應用極少的廣播模式除外）。主設備可選擇要訪問的從設備；典型的情況是，它可以在設備之間以輪替的方式快速轉換。因為是主設備來選擇要訪問的從設備，理論上從設備就要在接收槽內待命，主設備的負擔要比從設備少一些。主設備可以與七個從設備相連接，但是從設備卻很難與一個以上的主設備相連。Arduino簡介Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE)。ArduinoIDE基于processingIDE開發。對于初學者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。Arduino語言基于wiring語言開發，是對AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機基礎、編程基礎，簡單學習后，也可以快速的進行開發。Arduino的型號有ArduinoUnoArduinoNanoArduinoLilyPadArduinoMega2560ArduinoEthernetArduinoDueArduinoLeonardoArduinoYún光立方簡介光立方最大的特點，就是帶給你未來3D技術的科技體驗，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍色的燈光，給人強烈的感官刺激。1.451單片機最小系統簡介1.單片機最小系統的概念：

能使單片機正常工作的最小硬件單元電路，就叫單片機最小系統。

2.單片機最小系統的組成：

(1)復位電路：t=RC1(t≥10ms);

(2)時鐘電路：C2=C3=(30±10)pF(一般是20~30pF);

(3)存儲器訪問路經控制：EA/VPP=+5V時，先內后外。

另外，一般還有單片機的ISP下載口也包含在單片機最小系統中。

系統邏輯框圖2.1系統邏輯框圖手機短信手機短信藍牙模塊LCD1602液晶屏藍牙模塊LCD1602液晶屏ArduinoArduino控制中心單片機光立方單片機光立方煙霧傳感器溫濕度傳感器第3章系統方案與功能3.1 系統方案基于藍牙無線網絡的手機寵物執行arduino程序以及單片機程序。將手機來電作為觸發信號，觸發手機app發出控制出信號，同時執行程序從而使光立方顯示不同的圖案。無手機來電信號時，光立方處于不工作狀態，但此時也執行arduino程序，不執行單片機程序。控制溫濕度傳感器、煙霧傳感器、lcd1602液晶顯示屏工作，并將數值顯示在液晶屏上。電源初步采用移動電源供電，后期若量產可用電池。3.2 系統功能本設計使用51單片機和Arduino開發平臺，手機來電時在光立方上顯示酷炫的圖案，融合溫濕度傳感器、煙霧傳感器達到報警值時蜂鳴器報警，正常狀態下溫濕度數值顯示在液晶屏上。呼吸燈的閃爍指示進入工作狀態。使用者可以不用時刻盯著手機，一目了然，還可以實時了解室內的溫濕度情況，對于大多數現在的年輕人來說是一種解放，特別是一些有手機控的人。第4章實現原理4.1 實現原理Arduino控制藍牙模塊、溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊以及單片機最小系統，通過藍牙設備通信監測手機狀態，當手機來電或接收到短信時Arduino發出命令，向單片機發出信號，從而改變光立方的狀態。實時監測環境溫濕度，煙霧數據，并在液晶屏上顯示，當溫度或空氣指數大于某個數值時，認為發生火災。觸發蜂鳴器會發出響聲報警，光立方根據信號作出相應的反應，提示不同的信息。Arduino會通過藍牙發送信號給手機，通過AndroidApp的控制實現來電監控，按下尋找鍵時同樣發送信號給手機，使手機發出鈴聲，確定手機的位置。第5章硬件電路設計5.1 硬件電路設計64個led小燈泡、一個呼吸燈、lcd液晶屏、蜂鳴器、按鍵、藍牙模塊、溫濕度傳感器、煙霧傳感器以及單片機最小系統共同構成整個硬件電路。5.2硬件電路設計框圖單片機光立方尋找按鍵蜂鳴器單片機光立方尋找按鍵蜂鳴器呼吸燈Arduino主控Arduino主控煙霧傳感溫濕度傳感藍牙模塊煙霧傳感溫濕度傳感藍牙模塊LCD1602第6章軟件設計6.1 軟件設計單片機控制光立方中有4個主要的函數：voidlaid();voidxinx();voidbaoj();voidsous();當來電，信息，報警，搜索時，分別調用不同的函數來控制光立方做出不同的反應。Arduino上的程序主要有：檢測傳感器，溫度顯示在LCD上，當溫度或煙霧達到某個數值時報警；通過藍牙與手機通信；控制單片機光立方。6.2 軟件設計邏輯圖APP監測手機狀態APP監測手機狀態來電來電來電信息來電信息發送命令LCD顯示溫濕度LCD顯示溫濕度MCU傳感器檢測數據傳感器檢測數據光立方光立方第7章單個模塊系統測試7.1藍牙模塊VCC:接電源正極GND:接電源負極RXD:接收端,藍牙模塊接收從其它設備發來的數據;正常情況接其它設備的發送端TXDTXD:發送端,藍牙模塊發送數據給其它設備;正常情況接其它設備的接收端RXDEN:使能端,需要進入AT模式時接3.3V7.2溫濕度傳感器1可以檢測周圍環境的濕度和溫度2傳感器采用DHT113濕度測量范圍：20%-95%（0度-50度范圍）濕度測量誤差：+-5%4溫度測量范圍：0度-50度溫度測量誤差：+-2度5工作電壓3.3V-5V6輸出形式數字輸出

7設有固定螺栓孔，方便安裝8小板PCB尺寸：3.2cm*1.4cm9電源指示燈（紅色）10每套重量約為8g7.3煙霧傳感器MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。7.4lcd1602顯示屏1602采用標準的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。第15腳：背光電源正極第16腳：背光電源負極7.5光立方本光立方采用4*4*4的形式，共用了64個白發藍的LED燈珠，每層的陰極相連，每豎的陽極相連，共用了單片機的20個I/O口，可以實現每個燈珠的單獨控制。根據自己個人的愛好可以隨心所欲的變換圖案給人以震撼的視覺體驗。第8章實現功能8.1Arduino控制藍牙模塊8.2Arduino控制溫濕度傳感器8.3Arduino控制煙霧傳感器8.4Arduino控制lcd16028.5Arduino控制單片機最小系統8.6單片機最小系統控制光立方8.7手機app向藍牙發送控制信號使用eclipse設計開發適合本設計的安裝卓手機應用，定義來電為一個事件，通過監控這個事件來控制app運行，設置藍牙工程，建立好藍牙通信協議，確保app的正常運行。第9章應用前景分析9.1應用前景本產品主要面向的人群是處于安靜環境下工作的人群和聾啞殘疾人士，另外就是科研院所、保密部門等不能攜帶手機進入的單位，也可放在普通家庭中以警示火災和煤氣泄漏。安靜環境下工作的人群如果手機突然響起鈴聲，將會顯得很突兀，影響其他人的正常工作，使用本產品的話將會大大方便，而且可以實時了解周圍的環境情況，手機忘記放在什么地方時還能通過按鍵找回，十分方便；聾啞人士聽不到手機鈴聲可以通過看光立方來判斷手機是否來電；科研院所工作的人群往往不能帶手機進入，只能放在門口，這樣的話就可以知道外面的手機來電情況。9.2需求分析中國的科研機構數量位居全球第二，這意味著科研院所有著數目龐大的科研人員，而他們的工作環境一般都是較為安靜的。本產品的使用價值就體現出來了。據最新資料統計說明，我國聽力語言殘疾居視力殘疾、肢殘、智殘等五大殘疾之首，為2057萬人，占中國人口總數的1.67%。據統計，我國聾啞癥的發病率約為2‰！按年均人口出生率計算，連同出生后2~3歲嬰幼兒，每年總的群體達5700萬，聽損傷的發病人數約為17萬。第10章特色10.1 藍牙特色藍牙和WIFI都屬于無線通信網絡標準。它們的相同點是都工作在ISM2.4GHz公共頻段。目前藍牙的應用少于wifi的應用，但這并不代表藍牙沒有它的優勢，只是應用的方面不同而已。與wifi相比，藍牙不需要網絡，通信更加自由。藍牙使用的是FHSS（跳頻擴譜）方式，一般每秒鐘跳變1600次，將83.5MHz的頻帶劃分為79個頻帶信道，每個時刻只占1MHz的帶寬。調制方式是GFSK（高斯頻移鍵控），可以同時進行數據和語音的無線通信，通信距離一般是10米，在今年4月份推出的最新的版本Bluetooth4.0傳輸距離可以達到50米。現在各種數碼產品中基本上都可以集成藍牙功能，比如，手機，耳機，打印機，鍵鼠，相機等等，使用范圍極其廣泛。而wifi所使用的協議時IEEE802.11b局域網協議，它的傳輸范圍100米，速度最大可以達到11Mbps，使用的是DSSS(直序列擴頻)和QPSK或BPSK(相移鍵控)，帶寬是22MHz。主要提供的是無線上網業務，因此經?？梢栽谛枰獰o線移動上網的設備中看到它的身影，比如筆記本，PDA，智能手機等。10.2 光立方特色光立方的特點，就是帶給你未來3D技術的科技體驗，具有超酷炫的3D顯示效果，配合高亮藍色的燈光，給人強烈的感官刺激。國慶60周年聯歡晚會的一個表演區.即以天安門廣場國旗旗桿為中心,在它的四邊有4000