一种基于蓝牙通信的智能加热系统

摘 要本文设计的智能加热系统以STC12C5A60S2为控制核心，用BLK-MD-HC-05蓝牙模块实现数据的无线传输，分为手机接收终端和硬件控制平台两个部分。单片机借助温湿度传感器自动采集节点温湿度数据后，进行温湿度的自我调节。通过蓝牙技术，用户可以在手机终端的APP上实时监测温湿度状况。该系统硬件规模小，适合放在帽子手套中，实现智能加热，保持恒温；其适应性强、性价比高，可以帮助户外移动的人取暖。

【关键词】安卓STC12 小型固态继电器 蓝牙通信

1 引言

众所周知，空调取暖并不适用于户外移动的人员，大家对一种移动化的智能加热产品的需求越来越大。随着科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，基于Android蓝牙的智能加热系统应运而生。蓝牙技术是一种短距离、低成本无线通讯技术，能够实现语音和数据的无线传输。

智能加热系统的硬件端设计是以STC12为基础，利用蓝牙通信技术、自动控制技术、锂电池供电技术实现加热系统的智能化、小型化、便携化。软件端设计是基于Android 2.1 系统，在Eclipse集成开发环境下完成的。

2 系统总体结构

智能加热可以通过蓝牙技术将手机端的蓝牙和硬件系统的蓝牙模块连接到一起，提供恒温控制、恒湿控制、温湿度监测、等多种功能和手段，可提供实时的信息交互功能，甚至可以节约能源和资金。

本系统实现了一个简易的智能加热系统。具体而言，用户可以通过单片机实现对硬件功能平台各节点的控制以及通过手机客户端接收它的状态信息，包括：

（1）系统自动采集温湿度，由硬件端控制小型固态继电器的开关，以实现碳纤维加热片的通断，即保持恒温功能；

（2）通过手机APP接收相应指令。温湿度传感器自动采集节点温湿度数据后，通过蓝牙通信将数据送回给上位机，系统当前的温度和湿度得以实时地反馈到手机终端，实现环境温湿度监测等功能。

3 系统硬件设计

本智能加热系统以基于51内核的STC12C5A60S2微控制器为核心，外加BLK-MD-HC-05蓝牙模块后，即可实现指令或数据的无线传输；使用AM2320温湿度传感器采集环境节点温湿度数据；使用Nokia5110液晶显示屏实时显示当前的环境温湿度数据（仅用于功能测试阶段）；使用SSR小型固态继电器实现恒温等控制；使用微型锂电池（可反复充放电）给系统供电，以确保单片机和蓝牙模块的正常运行。基于Android手机的智能加热系统的硬件整体设计如图1所示。

3.1 通用I/O口功能设计

（1）AM2320温湿度传感器接单片机的P0^0和P0^1口模拟的IIC总线；

（2）Nokia5110液晶显示屏接单片机的P2口；

（3）SSR小型固态继电器接单片机的P2^0口。

（4）蓝牙模块接单片机的P3^0（RXD）和P3^1（TXD）口。

3.2 主要部件的选择

（1）STC12C5A60S2单片机是宏晶科技公司基于51内核的8位微控制器。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）。工作频率0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz，片上集成1280字节 RAM，共4个16位定时器，通用全双工异步串行口（UART），有EEPROM功能和看门狗功能。

（2）AM2320数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器，通信方式采用单总线、标准IIC两种通信方式。两种通信方式都采用直接输出经温度补偿后的湿度、温度及校验CRC等数字信息，可得到准确的温湿度信息。

（3）蓝牙模块HC-05支持UART，USB，SPI，PCM，SPDIF等接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的元件就能实现其强大功能。该模块主要用于短距离的数据无线传输领域。可以方便的和PC机的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代串口线。

（4）碳纤维加热片是一种纯黑体的发热材料，在电-热转换过程中几乎不存在可见光，具有升温迅速、热滞后小、发热均匀、热辐射传递距离远、热交换速度快等特点。工作过程中光通量远远小于金属发热体的电热管，电-热转换效率高达95℃以上，比同功率的钨钼材料的金属发热体热效率提高30℃以上，升温的时间节省30℃以上。

4 系统软件设计

系统上电后，等待所有硬件（尤其是蓝牙模块的相互配对需要一定时间）都启动成功之后，用户便可通过上位机软件发送指定指令对系统进行控制和监测。

4.1 系统软件设计

温湿度传感器自动采集节点温湿度数据后，由串口发送至单片机，单片机对数据做出分析判断，如果接收到的温度低于30℃，则执行加热操作；否则不予响应。同时，温湿度数据将通过蓝牙技术传输，在手机终端实时显示。下位机软件运行流程图如下：

4.2 蓝牙模块设计

将蓝牙模块切至[prog]参数配置模式，运行程序。菜单中的连接蓝牙项会跳出一个界面，显示本机已配对过的蓝牙设备，并搜寻当前可连接的蓝牙设备。选择要连接的设备后，创建一个服务，实现与设备的连接。当连接成功后再创建数据的接收线程，虚拟创建一个COM 口，打开对应 COM 口，形成透明串口线传输。STC12C5A60S2则是通过串口与蓝牙模块HC-05连接，向手机蓝牙发送数据，每组数据包含两个字节，第一字节为温度值，第二字节为湿度值，这两个字节作为蓝牙数据传输的两个参数。手机接收终端使用3个有效的Button来实现数据的接收，例如发送AT+ Temp，返回Ok：26C；发送AT+ Humi，返回Ok： 34%；发送AT+ Temp Humi，返回Ok： 26C 34%。

5 系统运行测试

将系统硬件组装完成后上电启动，当所有硬件模块正常工作时，部分硬件有工作指示灯闪烁。当硬件控制平台的 LED1由交替闪烁的状态变为 LED1 长亮时，则说明蓝牙配对成功，可以进行数据的正常传输。当手机接收终端显示“Temp：26C”和“Humi：34%”时，则说明温湿度传感器工作正常。系统组装运行效果如图3所示。

由此可见，在温湿度传感器获取节点处实时、精确的温湿度数据后，硬件平台能够进行自我调节，达到合适的温度；小型固态继电器能够间接控制加热片的开关状态，实现加热的功能；蓝牙模块之间能够进行正常的数据通信，实现温湿度数据的传输；手机APP能够实时显示温湿度状况，实现环境监测的功能。

6 结束语

本系统较好地实现了智能加热的控制及显示功能，具有较好的适应性和移植性等，但本身也存在一些如蓝牙系统不够稳定，手机终端与硬件端只实现了数据的单向接收等不足。后期对系统进行升级，可以通过手机APP发送指令，组成局域网，以增加系统的稳定性。因此本套系统虽仍有一定的进步空间，却也有着极大的发展前景。

参考文献

[1]南通宏晶科技有限公司.STC12C5A60S2系列单片机器件手册[Z].2015.

[2]广州奥松电子有限公司.数字温湿度传感器AM2320产品手册[Z].2014.

[3]孙育才.单片微型计算机及其应用[M].南京：东南大学出版社，2004.

[4]熊狮.基于Android系统健康信息移动监测技术的研究[D].华南理工大学，2013.

[5]董世琨，张学典，常敏，潘丽娜.基于Android手机蓝牙的无线智能控制系统设计[J].信息技术，2014，08：22-24+33.

作者简介

朱锋（1994-），男，江苏省南通市人。现就读于江苏省南通大学电子信息学院。研究方向为电子科学与技术。

作者单位

南通大学电子信息学院 江苏省南通市 226019