蓝牙控制LED灯时长控制

通信系统课程设计报告

智能LED灯开关控制系统现

的设计与实现

院（系）：机电

专业年级（班）：电信121

学生：张旺

学号： 2012012633

指导教师：郭交侯俊才秦立峰

完成时间： 2012-6-28

基于Android和蓝牙通信远程遥控LED灯系统的设计与实现

摘要

随着无线通信和移动终端技术的发展，新兴物联网技术被广泛应用，因此具有很高的研究价值。设备间通信复杂度不断提高，然而随着软硬件系统协同一体化步伐的加快，智能系统升级为控制信息交换的移动平台，加强了设备间的通信。基于物联网应用背景，本文设计了一套基于Android和蓝牙通信远程遥控LED灯系统。其中硬件平台主要有带蓝牙功能的Android手机，蓝牙模块，LED灯组，51单片机；软件平台主要有Android控制软件，单片机执行软件。为保证数据通信的可靠性和安全型，本文设计了一套基于单字数据通讯的编码和解码方法。实验结果表明，在这种编码方式下，通讯数据的可靠性有了大幅度提升，对差错数据的识别准确率有了大幅度的提高。

关键字：远程遥控，蓝牙，LED灯，通讯编码

0引言

随着通信网络的发达，各种通信电缆五花八门，不但办公室中电缆无处不在，家用设备的发展，也使居室成了电缆的世界。从计算机、打印机到耳机、直至电视机和影视设备的连线，真可谓丰富多彩。人们在觉得它们必不可少的同时，又伤透了脑筋，如电缆使用不便，连线频出故障，各种电缆之间无法通用。因此，电缆成为现代通信中的美中不足。为了取消连线，以较低成本实现各设备间的无线通信，便诞生了蓝牙技术，它是一种低功率短距离的无线连接技术标准的代称。

“蓝牙”其实“无牙”，但“蓝牙”名称的由来，还真与“蓝色的牙齿”有关。1994年，爱立信的一批工程师受命研究手机与便携式电脑等通信产品之间的无线连接技术。1997年，这项无线连接新技术被称为“蓝牙”。据说，当初在命名这项新技术时，有人想到了公元10世纪的一位国王，丹麦国王哈拉德二世，他爱吃蓝莓而长着一口蓝牙，这位国王为北欧的联合立下了汗马功劳，而这项无线连接技术将实现各种通信设备、电器设备之间的“无线沟通”，

是技术层面上的“大统一、大联合”，于是，人们就把这项技术命名为“蓝牙”技术。

蓝牙技术能让各种电器之间密密麻麻的连线在你面前消失。蓝牙设备好似一个万能遥控器，它发出的信号可以在一定范围内穿岩走壁，将传统电子设备的一对一的连接变为一点对多点的连接。

随着智能设备的发展，蓝牙技术越来愈多的被运用到无线遥控领域，随着蓝牙技术的升级，其在无线遥控领域的距离远，效率高，实用性强、安全性好的优势逐渐被体现出来。基于智能手机和蓝牙的物联网技术被广泛的运用起来，人们也更加依赖和习惯使用智能手机作为控制终端。

2 设计背景

2.1 基于蓝牙的智能控制设备的优势

随着应用程序的智能设备越来越多样化和成熟,蓝牙通信技术也分布在智能家居,移动卫生保健等领域。蓝牙通信技术包括传感器技术、识别技术、移动通信技术,这些技术和物联网密切相关。Android操作系统是基于Linux的自由和开源的,具有开放性,易用性,免费性等特点。软件开发基于Android操作系统已成为一个热门的智能手机平台。例如本次瑞森RSG40,就是通过蓝牙通信技术将数据发送到燃气表设备上进行参数数据的写入和读出,这是一个Android应用程序实例和蓝牙通信技术。

在Android软件发展的今天，将蓝牙的这一功能技术应用到生活中已经成为必然的趋势，而且它也将手机与实物之间数据传输带来前所未有的改变，他可以带来意想不到的效益，同时也会为企业的飞速发展提供无限潜力。它给企业的管理带来了明显的经济效益和社会效益。主要体现在:极大地提高了工作人员的工作效率，减少了以前的杂乱等弊端，也可以节省一部分管理开支，为增高企业的收入打下坚实的基础。蓝牙技术相比其他无线技术，具有很实用的价值和研究意义。

2.2蓝牙技术的发展现状及前景

随着社会主义市场经济的快速发展，科学技术水平已经逐步发展，网络服务需求也就随之快速增长。由于蓝牙技术在世界上的开放标准，它的发展和应用已引起人们的广泛关注，这样就促进了蓝牙技术的飞速发展，使其具有长远的发展前景。蓝牙产品在最近几年，越来越多的出现在人们的生活中，这些产品不仅具有良好的实用性能，能满足人们对新技术的需求，促进中国信息化发展的步伐。本论文主要应用在家庭中，可实现手机蓝牙和家用煤气表数据传输和参数设置。

目前，蓝牙技术标准的不断提高，在2.0版本的新功能中添加语音应用，促进蓝牙技术的发展。目前，蓝牙技术已经成为一种熟悉的科学技术，蓝牙产品的种类和数量增加的方式逐渐提升，并推向市场。蓝牙产品广泛应用于蓝牙芯片，无线耳机等产品。蓝牙技术的发展前景有以下几个方面：(1)提高消费者的认可。虽然蓝牙技术是一种近距离无线通信技术，但蓝牙技术与有其它无线技术相比，代码具有全球统一性，开放性、标准性，成本低，技术先进的特点，这就决定了蓝牙技术越来越广泛的应用。蓝牙技术的发展，不仅要开发新的蓝牙标准，同时也要提高消费者的认可。

2.3 展开蓝牙技术的应用领域。蓝牙技术领域的应用跨越发展。蓝牙技术的第一阶段是支持手机，PDA和笔记本电脑，在各行各业的下一个发展方向拓展，包括汽车，信息的增加，航空，消费电子，军工等。

3.要获得更多的支持的操作系统。蓝牙技术的发展，以争取更多的操作系统支持。2001年，微软Windows系统惠斯勒支持蓝牙技术。基于PC平台，使得蓝牙标准，将解决不同设备之间的兼容性的问题。

4，开发成本低，体积小的芯片，价格下跌。蓝牙技术中的芯片成本的应用是低，并且在发展，在单芯片的方向已开发除了在电池中的嵌入的单芯片，蓝牙芯片将越来越小，价格更越来越低。

5.加强合作的发展趋势。蓝牙技术的发明者是瑞典电信巨头爱立信。鉴于蓝牙技术的应用前景，爱立信，英特尔，IBM，东芝和诺基亚的目标，1998年，经协商，成立了蓝牙特别兴趣小组，蓝牙技术措施的产业转移，实现了蓝牙技术的全球统一标准。1999年，微软，摩托罗拉，朗讯和3 COM加入该群，成为新的创始成员。添加这些企业增加了蓝牙技术的研究和开发实力。到2000年，蓝牙特别兴趣小组的成员有1883年，来自各行各业，包括

汽车，媒体等的合作它的发展趋势是因为蓝牙技术涵盖了公司，使蓝牙技术是一种开放性的全球技术。

2系统控制

本系统的控制结构如下，

手机有专门的app软件，手机通过软件和蓝牙模块相连，蓝牙模块通过串口和单片机相连，Led灯通过并行口和单片机相连。组成了一个四级结构，中间有蓝牙模块作为通讯桥梁，有单片机作为led灯的直接控制器。

Android应用程序的流程如下:

点击手机启动界面的图标，程序启动。在程序启动的过程中，程序会检查蓝牙是否打开，如果蓝牙未打开，则打开蓝牙，开始寻找程序默认的蓝牙模块的连接字符串连接蓝牙。；如果蓝牙打开，则直接开始寻找程序默认的蓝牙模块的连接字符串连接蓝牙。如果没有寻找到相应的蓝牙模块，则给出通知，程序关闭。如果连接成功，则告知用户，等待用户操作。 单片机程序执行结构如下：

Android 程序启动

蓝牙是否打开连接蓝牙模块

打开蓝牙

进入界面

点击按钮

编码发送

但单片机供电时，程序启动，执行串口初始化程序，包括初始化中断开关，串口中断开关，设置串口的工作方式，初始化定时器设置波特率，设置标志寄存器。当这些工作完成后，单片机会进入循环等待程序等待串口数据的到来，但检测到串口数据的到来之后，按字节读取数据，根据编码的特征，按其特征分辨数据所属关系。并按标志进行解码，解码后得到的数据交给单片机的定时器。这是设置定时器的工作方式，标志位，延迟时间等，并且断开串口接收程序。断开串口接收程序后，将连接led 等的并行口的对应的寄存器的值置为低电平，使led 灯点亮，此时启动定时器，当定时器到达设置好的时间之后，产生定时器中断，在定时器的中断处理程序中，关闭定时器，并将led 灯的所在寄存器的值置为高电平，led 灯熄灭，之后启动串口接收程序，使之等待下一次数据的到来，如此循环，是单片机不断地接受和处理蓝牙模块提供的数据，机android 手机发送来的数据。实现了led 灯的智能控制。 程序启动

初始化串口

进入循环等

待

读取数据

数据到来

执行完毕

3 实现方案

3.1编码方案

根据数据发送的要求，数据的长度为4字节整形数据，发送的数据为单子节组成的字节数组，在保证数据类型格式的说明下添加数据位校验和尾部校验。当位校验和尾部校验不一致时，我们认为数据错误，单片机将抛弃这次数据。其中数据编码格式如下：

帧长68H 30H 类型数据长度DATA1 DATA2 ... DATAn CRCH CRCL

---- ------- ---- -------- --------------------- ---------

1B 2B 1B 1B 4B 2B

注: 1B表示1个字节,2B表示2个字节等等,4B表示4个字节等等.

1)帧长,类型,数据长度,校验和字(CRCH-高字节CRCL-低字节) - 16进制值(帧中出现顺序按字节相反);

2)DATAi或16进制值(帧中出现顺序按字节相反)为,或为压缩BCD码(按顺序出现在帧中);

3)帧长=本次发送的帧字节数,不包括帧长自身的长度;

4)数据长度为有效数据部分的字节数;

5)校验和字=68H+30H+类型+数据长度+DATA1+DATA2+...+DATAn

其中CRCH=校验和字的高字节, CRCL=校验和字的低字节

6)类型: 固定为00000001

字节数: 11；

3.2 解码方案

单片机在读取串口数据时，总要每次寻找到数据的开始和结尾，本编码方案由固定的头标志为，即68h 和30 h，当检测到数据为68h和30h时将数据压入栈中，当数据栈中的数据长度达到11位时，开始解码，即读取第6位的字节数，和中间4个字节数据，第六位的字节为当前数据字节数组的逻辑与或值，得到位校验，最后读取栈中数据的最后两位，最后两位为这5个字节的代数和，由此组成尾部校验。如此双重校验的编码方案保证了数据的正确率和安全性。

4 编码实现程序

4.1 android编码的实现

下面的这段程序将int的数据转化为4字节的数据

Public byte[] getByte(int l){

// int https://www.360docs.net/doc/af10441711.html,ng.Float.floatToIntBits(float value);

// Returns an integer corresponding to the bits of the given IEEE 754 single precision

// float value. All Not-a-Number (NaN) values are converted to a single NaN representation

// (0x7FC00000) (compare to floatToRawIntBits(float)).

// int https://www.360docs.net/doc/af10441711.html,ng.Float.floatToRawIntBits(float value)

// Returns an integer corresponding to the bits of the given IEEE 754 single precision

// float value. Not-a-Number (NaN) values are preserved (compare to floatToIntBits(float)).

byte[] b = new byte[4]; // 单精度浮点数用4字节表示

for (int i = 0; i < 4; i++) {

b[i] = (byte) l; // byte[0],byte[1],byte[2],byte[3]

l >>= 8;

}

// 得到的数组下标0处存放的是浮点数最低的字节

}

下面的程序将这四字节数据编码:

public static byte[] getAbsoluteBase(String sf) {

int type = 2;

List relist = new ArrayList();

int sum = 0;

byte[] temp = getBytes(sf);

sum = temp.length;

relist.add((byte) (sum + 6));

// 加入68H、30H

relist.add((byte) 0x68);

relist.add((byte) 0x30);

// 加入类型

relist.add((byte) type);

// 加入数据长度

relist.add((byte) sum);

// 添加以倒置的形式添加

for (byte btemp : temp) {

relist.add(Byte.valueOf(btemp));

}

// 计算字节校验和字

Integer sum1 = 0, sum2;

for (Byte b : relist) {

sum2 = b & 0xFF;

sum1 += sum2;

}

sum1 -= relist.get(0); // ??

// 由于结果是大于八位的数,移位操作得到第一个八位的字节表示Integer ii = (sum1 >> 8);

Byte b2 = ii.byteValue();

relist.add(b2);

// 直接取getByte得到截取后的sum的字节表示

relist.add(sum1.byteValue());

return turnByte2byte(relist);

}

4.2单片机解码程序

void ser() interrupt 4{

P1=1;

RI=0;

save(SBUF);

falg=1;

}

inline void save(uint saved){

if(flag==0){

buffing++;

buf[buffing-1]=saved;

if(saved==0x30&&buffing>2){

if(buf[buffing-2]==0x68&&buf[buffing-3]==11){

table[0]=buf[buffing-3];

table[1]=buf[buffing-2];

table[2]=buf[buffing-1];

flag=1;

buffing=0;

}

}

if(buffing==12){

buffing=0;

}

}else{

j=3;

table[j++]=saved;

if(j==N){

time=table[5]+table[6]*256L+table[7]*256*256+table[8]*256*256*256;

flag=0;

}

}

}

5 执行效果

执行效果已经录制成视频请查看

6总结

两周的课程设计结束了，通过这次课程设计，我更加扎实的掌握了android蓝牙编程，单片机串口编程的使用，在设计的过程中也遇到了不少的问题，不过经过一遍遍的思考以及和老师同学们的讨论都一一得到了解决，基本达到了再实践中检验所学知识的目的。古人有云：“过而能改，善莫大焉”。说的就是错误并不可怕，人类能不断的进化发展，靠的便是一个个错误，在错误面前不骄不躁，不断思考，不断改正，才能不断的获取新的知识。虽然改正错误的过程是冗长而艰辛的，但是在改正错误的过程中我也发现了成功的真谛，用汗水浇灌收获的果实才是最令人感觉幸福而满足的。遇到困难也需迎难而上，披荆斩棘，诗云：“不经一番寒彻骨，那得梅花扑鼻香。”如果中途荒废，那样便永远不可能成功，以后步入社会仍然适用。课程设计是一门专业设计课，它不仅仅教会了我很多专业方面的知识，也教给了我很多运用知识的能力，通过对数个电路的组合适用实现一个比较复杂的功能，化整为零，曾经有一个马拉松运动员也是运用这个道理，把具体很远的路程划分为一段段百米间隔，通过实现一个个小的目标，最终在不知不觉中实现了远大的目标。同时，课程设计让我感触很深。使我对以往所学的抽象的理论有了一个逐渐清晰的认识，包括放大电路放大倍数的计算，

振荡电路振荡频率的计算，滤波电路的类型以及各自的功用，单片机的编程等，也发现了以前在考试中忽视的小细节，比如放大电路的电源的接法。我认为这次课程设计不仅仅充实我的专业知识，更重要的是教给我很多学习的方法以及处事的道理。而这是以后最实用的。在步入社会以后，也要勇于接受社会的挑战，实践总结，再实践，再总结，在这个循环的过程中不断的充实自己，提高自身，实现个人的不断进步。回顾这次课程设计，至今仍感受良多，从最初的一脸茫然，到最后的加班加点甚至通宵达旦，回忆起来，苦楚多多，不过回头看看一份洋洋洒洒的课程设计，心中仍是喜悦异常，痛并快乐着。。。。。。从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。感谢在课程设计过程中老师给予的讲解和帮助以及和我讨论亦给予我很大帮助的同学们，谢谢你们的帮助和支持！