博创杯作品设计方案报告文档.doc

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1、博创杯作品设计方案报告文档第十一届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛作品设计报告手机宠物Phone pet设计报告队伍编号：B-HeN-参赛学校：许昌学院作 者：学生1 闫振 学生2 宋增 学生3 陈平胜指导教师：张柯组 别：硕士组 本科组 高职组 摘 要基于51单片机和Arduino开发平台，以蓝牙无线技术为基础，设计手机宠物光立方以及传感器系统。运用光立方监控手机来电事件，使用温、湿度传感器获取温、湿度参数的实时数据，通过烟雾传感器进行火灾报警。使用51单片机控制光立方和传感器，使温、湿度参数在液晶屏上显示，通过蜂鸣器进行报警。除实现手机来电感知外，该设计还能实时监控温、湿度，进行火灾报警

2、。关键词： 蓝牙传输、光立方，传感器、来电监控AbstractBased on 51 single-chip microcomputer and Arduino development platform, Bluetooth wireless technology as the basis, design mobile phone pet optical cube and sensor system. Using light cube to monitor the phone calls incident, the use of temperature, humidity sensor tem

3、perature, humidity parameters of real-time data, through smoke sensor for fire alarm. Use 51 single-chip control light cube and sensor, so that temperature and humidity parameters on the LCD screen, the alarm through the buzzer. In addition to realize the phone to the inductor, the design can real-t

4、ime monitoring temperature, humidity, fire alarm.Key words: bluetooth transmission、 light cube、 sensors、 caller monitoring目 录第1章 绪 论.51.1 蓝牙技术简介.51.2 Arduino简介.51.3 光立方简介.61.4 51单片机最小系统简介.6第2章 系统逻辑框图.62.1 系统逻辑框图.6第3章 系统功能与方案.73.1系统功能.73.2系统方案.7第4章 实现原理.74.1实现原理.7第5章 硬件电路设计.75.1硬件电路设计.75.2 硬件电路设计框图.8

5、第6章 软件设计.86.1软件设计.86.2软件设计逻辑图.9第7章 单个模块系统测试.97.1 蓝牙模块.97.2 温湿度传感器.97.3 烟雾传感器.107.4 lcd1602显示屏.107.5 光立方.10第8章 实现功能.118.1 Arduino控制蓝牙模块.118.2 Arduino控制温湿度传感器.118.3 Arduino控制烟雾传感器.128.4 Arduino控制lcd1602.128.5 Arduino控制单片机最小系统.128.6 单片机最小系统控制光立方.138.7 手机app向蓝牙发送控制信号.13第9章 应用前景分析.139.1 应用前景.139.2 需求分析.1

6、3第10章 系统特色.1410.1蓝牙特色.1410.2光立方特色.1410.3 传感器特色.1410.4 作品总体特色.15结论.15附录A： .15参考文献.15第1章 绪论1.1 蓝牙技术简介是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.42.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。蓝牙主设备最多可与一个微微网（一个采用蓝牙技术的临时计算机网络）中的七个设备通讯, 当然并不是所有设备都能够达到这一最大量。设备之间可

7、通过协议转换角色，从设备也可转换为主设备（比如，一个头戴式耳机如果向手机发起连接请求，它作为连接的发起者，自然就是主设备，但是随后也许会作为从设备运行。）蓝牙核心规格提供两个或以上的微微网连接以形成分布式网络，让特定的设备在这些微微网中自动同时地分别扮演主和从的角色。数据传输可随时在主设备和其他设备之间进行（应用极少的广播模式除外）。主设备可选择要访问的从设备；典型的情况是，它可以在设备之间以轮替的方式快速转换。因为是主设备来选择要访问的从设备，理论上从设备就要在接收槽内待命，主设备的负担要比从设备少一些。主设备可以与七个从设备相连接，但是从设备却很难与一个以上的主设备相连。1.2 Ardui

8、no简介Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。Arduino IDE基于processing IDE开发。对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。Arduino语言基于wiring语言开发，是对 AVRGCC库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，也可以快速的进行开发。Arduino的型号有Arduino UnoArduino NanoArduino LilyPadArduino Mega 2560Arduino EthernetArduino DueArduino Leon

9、ardoArduinoYn1.3 光立方简介光立方最大的特点，就是带给你未来3D技术的科技体验，具有超酷炫的3D显示效果，配合高亮蓝色的灯光，给人强烈的感官刺激。1.4 51单片机最小系统简介 1.单片机最小系统的概念：能使单片机正常工作的最小硬件单元电路，就叫单片机最小系统。2.单片机最小系统的组成：(1)复位电路：t=RC1(t10ms);(2)时钟电路：C2=C3=(3010)pF(一般是2030pF);(3)存储器访问路经控制：EA/VPP=+5V时，先内后外。另外，一般还有单片机的ISP下载口也包含在单片机最小系统中。第2章 系统逻辑框图2.1 系统逻辑框图 手机短信蓝牙模块LCD1

10、602液晶屏 Arduino 控制中心单片机光立方 烟雾 传感器 温湿度传感器第3章 系统方案与功能3.1系统方案基于蓝牙无线网络的手机宠物执行arduino程序以及单片机程序。将手机来电作为触发信号，触发手机app发出控制出信号，同时执行程序从而使光立方显示不同的图案。无手机来电信号时，光立方处于不工作状态，但此时也执行arduino程序，不执行单片机程序。控制温湿度传感器、烟雾传感器、lcd1602液晶显示屏工作，并将数值显示在液晶屏上。电源初步采用移动电源供电，后期若量产可用电池。3.2系统功能本设计使用51单片机和Arduino开发平台，手机来电时在光立方上显示酷炫的图案，融合温湿度传

11、感器、烟雾传感器达到报警值时蜂鸣器报警，正常状态下温湿度数值显示在液晶屏上。呼吸灯的闪烁指示进入工作状态。使用者可以不用时刻盯着手机，一目了然，还可以实时了解室内的温湿度情况，对于大多数现在的年轻人来说是一种解放，特别是一些有手机控的人。第4章 实现原理4.1实现原理 Arduino控制蓝牙模块、温湿度传感器模块、烟雾传感器模块以及单片机最小系统，通过蓝牙设备通信监测手机状态，当手机来电或接收到短信时Arduino发出命令，向单片机发出信号，从而改变光立方的状态。实时监测环境温湿度，烟雾数据，并在液晶屏上显示，当温度或空气指数大于某个数值时，认为发生火灾。触发蜂鸣器会发出响声报警，光立方根据信

12、号作出相应的反应，提示不同的信息。Arduino会通过蓝牙发送信号给手机，通过Android App的控制实现来电监控，按下寻找键时同样发送信号给手机，使手机发出铃声，确定手机的位置。 第5章 硬件电路设计5.1硬件电路设计64个led小灯泡、一个呼吸灯、lcd液晶屏、蜂鸣器、按键、蓝牙模块、温湿度传感器、烟雾传感器以及单片机最小系统共同构成整个硬件电路。5.2 硬件电路设计框图单片机光立方寻找按键 蜂鸣器 呼吸灯Arduino 主控 烟雾传感温湿度传感 蓝牙模块LCD1602 第6章 软件设计6.1软件设计 单片机控制光立方中有4个主要的函数：void laid(); void xinx()

13、; void baoj(); void sous();当来电，信息，报警，搜索时，分别调用不同的函数来控制光立方做出不同的反应。Arduino上的程序主要有：检测传感器，温度显示在LCD上，当温度或烟雾达到某个数值时报警；通过蓝牙与手机通信；控制单片机光立方。6.2软件设计逻辑图APP监测手机状态 来电 来电信息发送命令 LCD显示温湿度 MCU 传感器检测数据 光立方第7章 单个模块系统测试7.1 蓝牙模块 VCC:接电源正极 GND:接电源负极 RXD:接收端,蓝牙模块接收从其它设备发来的数据;正常情况接其它设备的发送端TXD TXD:发送端,蓝牙模块发送数据给其它设备;正常情况接其它设备

14、的接收端RXD EN:使能端,需要进入AT模式时接3.3V7.2 温湿度传感器 1可以检测周围环境的湿度和温度 2 传感器采用DHT11 3 湿度测量范围：20%-95%（0度-50度范围）湿度测量误差：+-5% 4 温度测量范围：0度-50度 温度测量误差：+-2度 5 工作电压3.3V-5V 6 输出形式 数字输出 7 设有固定螺栓孔，方便安装 8 小板PCB尺寸：3.2cm * 1.4cm 9 电源指示灯（红色）10 每套重量约为8g7.3 烟雾传感器MQ- 2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环 境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空

15、气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导 率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。7.4 lcd1602显示屏 1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚：VSS为地电源 第2脚：VDD接5V正电源 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度 过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄

16、存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：背光电源正极 第16脚：背光电源负极7.5 光立方 本光立方采用4*4*4的形式，共用了64个白发蓝的LED灯珠，每层的阴极相连，每竖的阳极相连，共用了单片机的20个I/O口，可以实现每个灯珠的单独控制。根据自己个人的爱好可以随心所欲的变换图案给人以震撼的视觉体验

17、。第8章 实现功能8.1 Arduino控制蓝牙模块 8.2 Arduino控制温湿度传感器8.3 Arduino控制烟雾传感器8.4 Arduino控制lcd16028.5 Arduino控制单片机最小系统8.6 单片机最小系统控制光立方8.7 手机app向蓝牙发送控制信号 使用eclipse设计开发适合本设计的安装卓手机应用，定义来电为一个事件，通过监控这个事件来控制app运行，设置蓝牙工程，建立好蓝牙通信协议，确保app的正常运行。第9章 应用前景分析9.1 应用前景本产品主要面向的人群是处于安静环境下工作的人群和聋哑残疾人士，另外就是科研院所、保密部门等不能携带手机进入的单位，也可放在

18、普通家庭中以警示火灾和煤气泄漏。安静环境下工作的人群如果手机突然响起铃声，将会显得很突兀，影响其他人的正常工作，使用本产品的话将会大大方便，而且可以实时了解周围的环境情况，手机忘记放在什么地方时还能通过按键找回，十分方便；聋哑人士听不到手机铃声可以通过看光立方来判断手机是否来电；科研院所工作的人群往往不能带手机进入，只能放在门口，这样的话就可以知道外面的手机来电情况。 9.2 需求分析中国的科研机构数量位居全球第二，这意味着科研院所有着数目庞大的科研人员，而他们的工作环境一般都是较为安静的。本产品的使用价值就体现出来了。据最新资料统计说明，我国听力语言残疾居视力残疾、肢残、智残等五大残疾之首，

19、为2057万人，占中国人口总数的1.67%。据统计，我国聋哑症的发病率约为2！ 按年均人口出生率计算，连同出生后23岁婴幼儿，每年总的群体达5700万，听损伤的发病人数约为17万。 第10章 特 色10.1 蓝牙特色蓝牙和WIFI都属于无线通信网络标准。它们的相同点是都工作在ISM2.4GHz公共频段。目前蓝牙的应用少于wifi的应用，但这并不代表蓝牙没有它的优势，只是应用的方面不同而已。与wifi相比，蓝牙不需要网络，通信更加自由。蓝牙使用的是FHSS（跳频扩谱）方式，一般每秒钟跳变1600次，将83.5MHz的频带划分为79个频带信道，每个时刻只占1MHz的带宽。调制方式是GFSK（高斯频

20、移键控），可以同时进行数据和语音的无线通信，通信距离一般是10米，在今年4月份推出的最新的版本Bluetooth4.0传输距离可以达到50米。现在各种数码产品中基本上都可以集成蓝牙功能，比如，手机，耳机，打印机，键鼠，相机等等，使用范围极其广泛。而wifi所使用的协议时IEEE802.11b局域网协议，它的传输范围100米，速度最大可以达到11Mbps，使用的是DSSS(直序列扩频)和QPSK或BPSK(相移键控)，带宽是22MHz。主要提供的是无线上网业务，因此经常可以在需要无线移动上网的设备中看到它的身影，比如笔记本，PDA，智能手机等。10.2 光立方特色 光立方的特点，就是带给你未来3

21、D技术的科技体验，具有超酷炫的3D显示效果，配合高亮蓝色的灯光，给人强烈的感官刺激。 国庆60周年联欢晚会的一个表演区.即以天安门广场国旗旗杆为中心,在它的四边有4000多棵光艺的“发光树”.这些“发光树”是LED的,具有高科技含量.每一棵发光树的LED管通过电脑操作可以变换7种颜色,“树”的高度也可以变换且左右摇摆.4000余名表演者站在“树”下,用手持的道具配合“发光树”按照导演的指令进行表演.“光立方”在气势和整体感觉上,融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格,而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙.“光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容,展示不同的造型和图

22、案.国庆晚会上的“发光树”应用是第一次.“光立方”和奥运开幕式的“人体字模”不同,字模的表演是段落性的,即一个片段表演完就结束,而“光立方”表演是从头至尾,贯穿整个晚会各个篇章.而且,“光立方”的表演占地面积九千平方米,根据晚会不同时段、不同篇章的主题,配合烟火和群众联欢表演,变换不同的图案和色彩,呈现给观众极为丰富的视觉效果,如此大型的表演群体和表演形式也创造了新纪录。10.3 传感器特色随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化，这给手机宠物的设计提供极大方便。10.4 作品总体特色总的来说，该作品主要实现手机来电监控，融合多个传感器

23、，实现温、湿度参数的实时采集和火灾报警功能。使用蓝牙在小空间内传输来电信息，通过arduino控制传感器获取大气参数，根据实时参数可对室内的大气环境进行改善（例如使用空调降温、洒水增加湿度等）。结论该作品利用51单片机和Arduino开发平台实现对手机来电的监控，融合多个传感器对大气环境进行检测，并实现火灾报警功能。手机来电监控功能可用于安静的办公环境，为国家科研部门的保密人员以及聋哑人提供便利；大气环境检测功能可用于智慧城市的建设，对分析大气环境形成的原因提供帮助。附录A：元件清单Arduino开发板 1个；单片机最小系统 1个；MQ-2传感器 1个；DHT11传感器1个；Lcd1602液晶屏1块；蜂鸣器1个；LED灯 若干； 电路板若干；电容电阻若干；杜邦线 若干；参考文献1蓝牙、WiFi单芯片共存面临挑战;中国电子报;2008-12-022蓝牙技术前景光明N;上海证券报;2010年3看好中国蓝牙市场N;通信产业报;2011年