论文总字数：26495字

目 录

1 绪论 5

1.1 国内外研究现状以及发展趋势 5

1.2 设计的目标和采取的方案 5

1.3 本文的内容安排 6

2 系统总体设计 6

2.1 显示部分 6

2.2 驱动电路部分 7

2.3 电源模块部分 7

2.4 系统工作原理及过程 7

2.5 总体设计 7

3 硬件电路设计 8

3.1 AT89C51芯片 9

3.2 蓝牙模块电路 11

3.3 时钟电路 12

3.4 复位电路 12

3.5 电源电路 12

3.6 列扫描驱动电路 13

3.7 行扫描驱动电路 14

3.8 LED点阵电路 16

3.9 点阵显示原理 17

4 系统软件设计 18

4.1 手机蓝牙软件 18

4.1.1 蓝牙模块 18

4.1.2 蓝牙软件开发 19

4.2 LED图形汉字 20

4.2.1 字符的显示 20

4.2.2 字符的移动 22

5 系统调试图 23

6 总结 24

参考文献： 24

致谢 26

附录一：系统电路图 27

附录二：源程序 28

基于AT89C51单片机的灯光无线控制系统

戴华星

，China

Abstract:The graduation design is based on AT89C51 microcontrollers, designed to produce Bluetooth wireless control lighting system. The system can use the Bluetooth serial port software to control the Bluetooth module, and then use the 74HC595 and 74HC138 chip to drive 8 * 8dot matrix module, in which the microcontroller chip controls the connection between the Bluetooth module and the driver chip. The hardware system consists of AT89C51 microprocessor, Bluetooth module HC-06,8 * 8LED dot matrix, 74HC595 register, 74HC138 decoder and other modules, the software part of the main part of the main part of the hardware, There are Andrews system in the Bluetooth serial port software and dot matrix font design.

Key words: Bluetooth technology; Android system; LED dot matrix; AT89C51

1 绪论

1.1 国内外研究现状以及发展趋势

无线控制所追求的永远都是高精准与高灵敏。为了提高这两项，无线控制的系统需要采用先进的元器件和工艺设计，这是从硬件方面来改进的，也可以从软件方面采用先进的信号处理机制和多路信号的传输方式，从而提高信息和信号传输的可靠性与稳定性，实现信息的不丢失达到无线控制所要求的精准和灵敏^[1]。从民用低要求无线控制的无人机到军用高性能的无人机，从手机的有线充电到正在崭露头角的无线充电，从最初的刀片式汽车钥匙到现在的无线遥控器车钥匙，都是无线控制发展的体现。

目前，很多电气公司正在研制一些家庭使用的智能灯泡。例如LG公司就推出一款智能灯泡，用户可以通过安卓或者苹果系统实现蓝牙和WiFi无线控制，除了可以控制灯泡的开关还可以调节灯泡的亮度。飞利浦、松下和雅马哈等公司则在研究专业领域智能灯泡，例如矿井、隧道和深海等地方所要使用的探照灯。无线控制灯光现阶段研究的重点在于无线，无线的方式有很多：蓝牙、红外线、WIFI和ZigBee等。由于现阶段灯泡研究遇到瓶颈，所以国内外研究的都在无线控制方面。在对研究现状的了解的基础上，对发展趋势的认识也尤为重要。

在传统意义灯具的基础上，新一代的LED灯光无线控制系统将采用无线区域网络的控制方式代替传统有线的控制方式。灯光控制系统目前处在交叉路口，一边是有线控制技术，一边是无线控制技术，其中无线控制有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、GPRS通讯等^[2]。

目前市面上的一些传统的名牌，如爱默尔的M-BUS、施耐德的C-BUS、ABB的I-BUS等仍旧是以有线控制照明的方式为主要核心^[3]。但是随着无线控制的通信技术如ZigBee、WiFi、蓝牙的快速发展，以及无线灯光控制系统凭借着其大数据的存储和传输、安装拆卸方便和低成本等优势，终将会在智能家具领域掀起一股无线灯光控制系统的浪潮。

在推广智能家居的进程中，未来科技感一直都处在非常重要的地位。无线灯光照明控制系统可能会出现在每个家庭中，该系统完全可以替代原先传统意义上的有线控制节能灯或者白炽灯的系统，因为它除了具有节能灯的优点之外，还具有便捷的优点。例如，工作劳累了一天的你，躺在床上快要昏昏欲睡，可是灯还开着自己不得已还要下床去手动关灯，等到关好灯再上床时自己的睡意早已经消失了。如果使用的是无线灯光控制系统，你只要躺在床上通过手机APP就可以方便快捷的关掉或者打开家里任意一间房间的灯。

1.2 设计的目标和采取的方案

在本科教育学习规划中，毕业设计有举足轻重的地位，也是一个综合性很强的实践学习课程环节，提高了同学的综合运用专业知识的能力与分析处理解决专业问题的能力。

本毕业设计是在AT89C51芯片基础上设计的，借助了蓝牙通信技术和安卓系统，这样的组合设计目的是为了实现智能化无线控制LED灯光。将蓝牙通信技术和家庭照明灯光系统结合在一起构成的新系统，只需要使用一部带有蓝牙智能手机就能进行对点阵灯组的远程多功能无线控制，充分诠释便捷的意思。

虽然本设计只是将LED灯、蓝牙通信技术和安卓系统组合起来的简单无线智能控制灯光系统^[4]，但是在智能家居系统未来的发展路上还有许多传统领域需要改进发展的地方，智能家具灯光系统只是冰山一角。

本设计采用的方案：利用蓝牙通信模块远程无线控制LED的显示，蓝牙通信模块HC-06是接受手机端AT指令的从机，而带有蓝牙模块的智能手机是主机。当从机蓝牙模块接受到主机手机发送过来的指令时，蓝牙模块就会将该指令传输给单片机，单片机内的程序则根据接收到的指令进行编辑翻译，最后把编译的结果发送给执行控制电路，从而实现远程无线控制LED灯光，在本设计中的LED点阵上显示所要的图形或者汉字。

1.3 本文的内容安排

在绪论中本毕业设计主要介绍了LED灯光的发展历史以及未来趋势，使用的技术，设计的目标和采用的方案，设计的章节内容安排。

在绪论之后还有七个部分。第二部分介绍系统的总体设计，在此部分中介绍了各个元器件和芯片的选择；第三部分是硬件电路的设计，在此部分中主要对AT89C51芯片介绍，时钟电路，复位电路，蓝牙模块电路，74HC595和74HC138电路，LED矩阵式电路设计等一些硬件进行分析；第四部分是软件设计，主要是安卓系统上蓝牙软件和图形汉字的编程设计；第五部分是对本毕业设计的总结；第六部分是致谢；第七部分是参考文献；最后一部分是附录，主要是单片机的程序。

2 系统总体设计

本部分是选择设计方案的过程，目的是达到本毕业设计所要实现的功能，对设计中采用的芯片和元器件进行综合的分析，最后分析衡量选择出最优的芯片和元器件。

2.1 显示部分

显示部分是决定本设计结果能否展示的最核心部分，此部分我最终使用的是4块8*8的LED点阵并且选择动态的显示方式。

首先我要显示的字段是：“信息工程大学电信院毕业设计”，如果使用1块8*8的LED点阵，那么字段将变得很小且很难完全显示，所以我将4块8*8的LED点阵组合拼成1块16*16的LED点阵。

LED点阵显示模块方式有两种：一种是静态显示，一种是动态显示^[5]。静态显示的原理是二极管的点亮和熄灭呈现在图像的出现与消失。其中二极管有0和1两种状态，0表示二极管没有电流通过，此时二极管处于不点亮状态；1则表示有电流通过，二极管处于点亮形态。使用静态显示方式显示一个图像则需要给每一个二极管一个驱动电路，且LED状态需要一直保持到变换图像前，除此之外，静态显示方式还需要很多译码驱动设备，这样不仅会导致引线多且复杂、成本高，而且静态显示的可靠性却大大降低。动态显示采用的是快速动态扫描的方式工作，具体是将一幅图像进行分割处理，对分割后的图像分别的快速显示，这样动态显示的缺点是图像会闪烁，但是将人眼的暂留效应与二极管的发光时长巧妙的有效结合，就能保证图像的稳定，也就是图像不闪烁。

只要图像帧速率高于24帧每秒钟或者二极管亮灭时间间隔在0.02秒且发光二极管导通时间大于等于1毫秒，点亮后的图像在人眼里就是静止的。所以LED点阵选择采用动态显示的方式比较好。

2.2 驱动电路部分

由于驱动LED点阵显示的方式动态扫描，所以LED点阵有两种扫描方法：一种是行扫描；另外一种是列扫描。本设计采用的是列扫描。首先3-8译码器74HC138控制16*16LED点阵的列，移位寄存器74HC595输出该列的所有数据，然后快速轮流显示16列，这样就能显示一帧完整的图像。行方向是由2个74HC595完成扫描，列方向是由2个74HC138完成扫描。

2.3 电源模块部分

由于考虑到电路耗能问题，所以倘若使用干电池作为本毕业设计系统的电源，需要经常的更换电池，不符合成本低，绿色节约型社会的要求，而且LED灯光在家庭中使用时则需要大容量的电池，在使用中多多少少会存在一些不安全因素。

综合上述，在本设计中采用的是DC002插口电源作为系统电源入口，达到了轻便安全可靠的要求。

2.4 系统工作原理及过程

在16*16的LED点阵上显示字符图像，利用了单片机的存储控制技术^[6]。通过写入到单片机中的程序来控制LED的显示内容，输出的高低电平来实现LED的亮与灭。手机端发送指令给电路板上面的蓝牙模块，蓝牙模块接受到指令后发送给单片机，单片机经过编译后做出响应，在LED点阵上呈现出来。

2.5 总体设计

根据上面的工作原理，我画出系统的框图。设计框图如下。

AT89C51

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