王 冉，孟 磊

（西安職業(yè)技術學院，陜西 西安 710032）

1 相關技術和理論分析

1.1 藍牙通信

課題組采用HC-05嵌入式藍牙串口通信模塊，其內部原理圖如圖1所示，該模塊具有命令響應工作模式和自動連接工作模式。當模塊處于自動連接工作模式時，將自動根據(jù)事先設定方式連接數(shù)據(jù)傳輸；當模塊處于命令響應工作模式時能執(zhí)行下述所有AT命令，用戶可向模塊發(fā)送各種AT指令，為模塊設定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令。通過控制模塊外部引腳（PIO11）輸入電平，可以實現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉換。自動連接工作模式模塊又可分為主環(huán)（Master）、從環(huán)（Slave）和回環(huán)（Loopback）三種工作角色。

圖1 HC-05藍牙串口通信模塊內部原理圖

1.2 顏色識別技術

物體的顏色是其表面吸收白光的一部分有色部分，而另一部分反射到人眼的反應。德國物理學家赫姆霍茲（Helinholtz）的三原色理論提出各種顏色是由不同比例的三原色（紅R、綠G、藍B）混合而成的，三基色原理如圖2所示。對于顏色傳感器，當選擇一個顏色濾波器時，只允許某種特定的原色通過，而阻止其他原色，通過改變紅、藍、綠色光的光強，就可以分析傳感器通過的顏色。項目小組選用TCS3200顏色傳感器，其內部原理圖如圖3所示。

圖2 三基色原理

圖3 TCS3200顏色傳感器內部原理圖

1.3 音樂播放原理

用單片機播放音樂是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。設單片機的晶振為12 MHz，那么定時器將在1μs進行1次加1，加到65 536會出現(xiàn)中斷，即可計算出定時器定時半個周期所需的初值。單片機發(fā)出不同頻率的方波，就像樂器發(fā)出不同的音調。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)總體結構設計

課題組設計的智能家居終端控制系統(tǒng)以單片機最小系統(tǒng)為核心控制器[1]，主要實現(xiàn)智能終端控制界面設計、炫麗舞臺（智能燈）控制、智能音樂墻控制、智能泳池控制等功能。智能家居控制系統(tǒng)總體結構圖如圖4所示。

圖4 智能家居控制系統(tǒng)總體結構圖

2.2 智能家居控制系統(tǒng)主界面設計

智能家居控制系統(tǒng)主界面設計如圖5所示，主要包括網(wǎng)絡搜索連接（開始搜索）、炫麗舞臺、音樂控制界面、智能泳池控制以及生活管家等[2]。

圖5 智能家居控制系統(tǒng)主界面

2.3 各模塊功能及界面設計

炫麗舞臺實現(xiàn)智能燈的控制，通過顏色識別智能識別開啟燈光的顏色，已實現(xiàn)紅色、綠色、藍色燈的開關。音樂墻實現(xiàn)手機APP開啟播放不同音樂的功能[3]。智能泳池根據(jù)液位及水溫判斷，開啟自動放水并選擇放熱水還是冷水的功能，智能泳池控制界面如圖6所示。后續(xù)將進一步完善生活管家設計等功能[4]。

圖6 智能泳池控制界面

3 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

3.1 智能家居控制系統(tǒng)界面軟件設計實現(xiàn)

如圖5所示，系統(tǒng)開啟后首先搜索藍牙信息，藍牙連接成功后手機就和單片機通信連接成功，進而可以通過手機APP“浪漫滿屋”控制燈光、音樂[5]。其智能控制界面軟件設計部分代碼如表1所示。

表1 智能控制界面軟件設計部分代碼

3.2 顏色識別模塊軟件設計

本設計顏色識別TCS3200采用手機控制的同時采用LCD1602實時顯示，軟件設計先定義顏色識別模塊、單片機連接（S2接單片機P1.0，S3接單片機P1.1）及函數(shù)聲明，再完成LCD模塊相關程序、白平衡程序，最后完成顏色測試、按鍵控制等。其部分代碼如下：

celiang();//顏色測試

DisplayOneChar(0,0,'R');//以十進制顯示RGB中紅色的分值

DisplayOneChar(0,1,rb/100+0x30);//顯示百位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,2,rb/10%10+0x30);//顯示十位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,3,rb%10+0x30);//顯示個位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,5,'G');//以十進制顯示RGB中綠色的分值

DisplayOneChar(0,6,gb/100+0x30);//顯示百位數(shù)據(jù)

DisplayOneChar(0,7,gb/10%10+0x30);

DisplayOneChar(0,8,gb%10+0x30);

DisplayOneChar(0,10,'B');//以十進制顯示RGB中藍色的分值

DisplayOneChar(0,11,bb/100+0x30);

DisplayOneChar(0,12,bb/10%10+0x30);

DisplayOneChar(0,13,bb%10+0x30);

3.3 音樂播放模塊軟件設計

音樂播放模塊主要通過手機控制音樂播放，在家居生活中緩解壓力、提高生活品質[6]。課題組主要設計歌曲《不可說》《刀劍如夢》《Let it go》的播放。其程序部分代碼如下：

sbit LED4=P1^3; //78歌曲1不可說

//不可說

uchar code bukeshuo[][2]={{0,4},

{26,12},{31,4},{33,4},{33,4},{29,4},{28,8},{26,2},{24,2},{26,6},{26,4},{21,4},{21,4},{14,8},{14,4},{14,12},{12,8},{16,4},{14,12},{14,8},{0xFF,0xFF}};

//刀劍如夢

uchar code daojianrumeng[][2]={{0,4},

{16,12},{23,16},{21,4},{23,4},{21,4},{19,12},{0,8},{19,4},{19,4},{19,4},{18,4},{16,8},{14,4},{16,16},{0,16},{26,4},{28,24},{0xFF,0xFF}};

//Let it go

uchar code Letitgo[][2]={{0,4},

{17,2},{17,4},{17,4},{17,4},{17,2},{17,2},{17,2},{15,2},{13,2},{13,2},{13,4},

,{15,2},{15,2},{0xFF,0xFF}};

if(DART_data==0x31){LED1=0;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//1開啟紅毯模式

if(DART_data==0x32){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//2關閉紅毯模式

if(DART_data==0x33){LED1=1;LED2=0;LED3=1;LED4=1;}//3RGB燈光

if(DART_data==0x34){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//4RGB燈光

if(DART_data==0x35){LED1=1;LED2=1;LED3=0;LED4=1;}//56熱水控制

if(DART_data==0x36){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//56熱水控制

if(DART_data==0x37){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=0;}//78歌曲1不可說

if(DART_data==0x38){LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}//78歌曲1不可說

3.4 智能泳池控制模塊軟件設計

智能泳池控制有自動控制和手動控制兩種方式，通過溫度傳感器和液位傳感器將采集到的溫度數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)傳遞到單片機，自動實現(xiàn)加水和排水功能，并實時監(jiān)測溫度和液位信息[7]。

4 結語

課題組所設計的智能家居控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對家居的智能控制，已經(jīng)測試實現(xiàn)手機與藍牙模塊的連接，進而實現(xiàn)對燈光、音樂按鍵等的控制。在調試過程中因為手機型號不同會有顯示差異，在顏色識別模塊測試過程中，受光線影響明顯，需要反復測試和判斷。通過對軟件調試和硬件測試，可實現(xiàn)預期的設計要求，同時也為后續(xù)的研究指明方向，可通過語音控制、自然語言處理、視覺識別等人工智能技術達到家居控制的智能化[8-9]。