智能家居背景音樂(lè)控制系統(tǒng)探究

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摘要：為了創(chuàng)造溫馨愉悅的居家環(huán)境，解決目前智能家居存在的網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜、控制信號(hào)不穩(wěn)定的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能家居音樂(lè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ArduinoUNOR3作為主控器，BluetoothBee藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊作為通信模塊，通過(guò)智能終端App控制MP3播放器，實(shí)現(xiàn)不同曲目間的有序播放。測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能控制的功能，可以極大地提升家居的智能化水平。

關(guān)鍵詞：ArduinoUNOR3主控板；智能終端；藍(lán)牙模塊；家居音樂(lè)；AppInventor編程

1概述

伴隨著科技的迅速發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代已進(jìn)入我們的生活。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使人們對(duì)居家環(huán)境的要求越來(lái)越高，搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居將會(huì)給大家?guī)?lái)不一樣的體驗(yàn)。智能家居是以住宅為平臺(tái)，將傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到住宅中，使住宅中的各項(xiàng)家居設(shè)施關(guān)聯(lián)在一起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家居生活的智能化控制，使居家環(huán)境更加溫馨、舒適。設(shè)計(jì)一種基于藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)完成智能家居背景音樂(lè)的控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明，將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于智能家居控制能夠與家居環(huán)境高度契合，有效提升智能家居用戶(hù)體驗(yàn)。

2系統(tǒng)方案

系統(tǒng)總體方案如圖1所示。主控板的型號(hào)為Ar-duinoUNOR3，是整個(gè)系統(tǒng)的信息處理中心；傳感器擴(kuò)展板對(duì)主控板的引腳和功能進(jìn)行延伸和擴(kuò)展；MP3播放模塊的型號(hào)為DFRduinoPlayer，是一種解碼功能十分出色的語(yǔ)音處理模塊，接收主控板發(fā)送的指令，播放對(duì)應(yīng)的歌曲；藍(lán)牙模塊可以實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線(xiàn)通信，是智能終端與Arduino主控板進(jìn)行通信的橋梁；智能終端安裝專(zhuān)用的App程序，利用其自帶的藍(lán)牙模塊與Arduino端建立無(wú)線(xiàn)通信，向Arduino端發(fā)送命令，以控制播放哪首歌曲。

3系統(tǒng)硬件

3.1Arduino控制器

ArduinoUNO是基于ATmega328的微控制器板，是比較常用的開(kāi)源硬件。它有14個(gè)數(shù)字I/O引腳、6個(gè)模擬輸入引腳、16MHz陶瓷諧振器、IIC接口和復(fù)位按鈕。它包含微控制器所需的一切功能，只需使用USB線(xiàn)纜將其連接到計(jì)算機(jī)就可開(kāi)始工作。其軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為ArduinoIDE，編程語(yǔ)言類(lèi)似于C/C++，可以實(shí)現(xiàn)各種智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

3.2Arduino擴(kuò)展板

傳感器擴(kuò)展板采用疊層設(shè)計(jì)，擴(kuò)展板不僅將Ar-duinoUno的全部數(shù)字與模擬接口以線(xiàn)序形式擴(kuò)展出來(lái)，還特設(shè)復(fù)位按鈕、藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)數(shù)傳接口、RS485接口（D0-RX、D1-TX、D2-EN）、IIC/TWI接口（A4-SDA、A5-SCL）、12864液晶串行與并行接口、SD卡模塊接口、3.3V輸出端口，獨(dú)立擴(kuò)展更加易用。對(duì)于電子技術(shù)知識(shí)較薄弱的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，不再為繁瑣復(fù)雜電路連線(xiàn)而頭疼，這款傳感器擴(kuò)展板真正意義上實(shí)現(xiàn)了電路簡(jiǎn)化，能夠很容易地將常用傳感器連接起來(lái)。完成電路連接后，編寫(xiě)相應(yīng)的Arduino程序下載到Arduino主控板中就可輕松完成各種互動(dòng)作品。

3.3藍(lán)牙模塊

BluetoothBee藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊采用XBEE造型設(shè)計(jì)，體積尺寸緊湊，兼容傳感器擴(kuò)展板底座，適用于各種3.3V的單片機(jī)系統(tǒng)，模塊可以使用AT指令設(shè)置主從模式、波特率、配對(duì)密碼、用戶(hù)信息等。

3.4MP3播放模塊

DFRduinoPlayerMP3語(yǔ)音播放模塊支持的音頻格式有WAV、MP3、MIDI，支持的通信方式有串口（UART）、IIC。串口通信默認(rèn)的波特率是19200bps，I-IC通信的地址為0X35。插在MP3播放模塊上的SD卡需先格式化為FAT格式，并在根目錄下新建sound文件夾，將音頻歌曲文件存放在sound文件夾內(nèi)，如圖5所示。由于Arduino主控板通過(guò)藍(lán)牙向智能終端發(fā)送的是字符的ASCII碼，而這種傳輸方式不適合中文漢字傳送，所以需為中文歌曲文件命名為英文名或漢語(yǔ)拼音名。sound文件夾內(nèi)6首歌曲如下：GHSY（光輝歲月）、WQS（忘情水）、GXDY（故鄉(xiāng)的云）、PYBK（朋友別哭）、KLLJ（快樂(lè)老家）、XF（小芳）。其指令格式如表1所示。

3.5吸頂喇叭

吸頂喇叭被放在天花板上，將線(xiàn)材隱藏于無(wú)形，接收MP3模塊輸出的音樂(lè)進(jìn)行播放，給居家創(chuàng)造和諧輕松的氛圍。如圖6所示。傳感器擴(kuò)展板插在Arduino主控板上，藍(lán)牙模塊插入擴(kuò)展板的Xbee插槽內(nèi)，MP3播放模塊的+5V、GND、SCL、SDA接到傳感器擴(kuò)展板的IIC接口上，MP3模塊的音頻輸出接到吸頂喇叭上，并在MP3模塊上插入已下載音樂(lè)的SD卡。在擴(kuò)展板上通過(guò)跳線(xiàn)帽選擇IIC通信模式。

4系統(tǒng)軟件

4.1Arduino端程序代碼

Arduino主控板代碼中保存有歌曲清單，當(dāng)智能終端向Arduino端發(fā)送索取歌曲清單指令時(shí)，將歌曲清單傳送給智能終端，智能終端讀取后在相應(yīng)組件顯示歌曲名，以備播放歌曲使用。主控板與智能終端之間的通信協(xié)議為：主控板收到100向智能終端發(fā)送歌曲清單；主控板收到1~6，播放第一首到第六首歌曲之中的某一首；主控板收到7播放上一首歌曲；主控板收到8播放下一首歌曲；主控板收到9暫停播放；主控板收到10繼續(xù)播放。

4.2智能終端程序代碼

智能終端的App采用AppInventor進(jìn)行編程，它是一種圖形化編程工具，功能強(qiáng)大，可快速開(kāi)發(fā)Android系統(tǒng)應(yīng)用程序。4.2.1藍(lán)牙連接“連接藍(lán)牙”按鍵應(yīng)在“搜索藍(lán)牙”完成后被激活。圖7代碼完成智能終端與Arduino主控板的藍(lán)牙連接，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)無(wú)線(xiàn)通信。4.2.2“歌曲X”鍵。定義兩個(gè)全局變量，number用于存放當(dāng)前正在播放歌曲的序號(hào)，playbill用于存放歌曲名。當(dāng)“歌曲1”后面的按鈕被按下時(shí)，如果其有節(jié)目，則通過(guò)藍(lán)牙向Arduino發(fā)送播放歌曲1的命令，并同時(shí)在當(dāng)前播放歌曲組件上顯示當(dāng)前播放歌曲的名稱(chēng)，將播放歌曲的序號(hào)改變?yōu)楫?dāng)前序號(hào)，如圖8所示。歌曲2到歌曲6的代碼設(shè)計(jì)同歌曲1。4.2.3“刷新”鍵點(diǎn)擊?！八⑿隆卑粹o，智能終端通過(guò)藍(lán)牙向Arduino發(fā)送索取節(jié)目單命令，并判斷藍(lán)牙是否收到數(shù)據(jù)。如果收到數(shù)據(jù)，將歌曲名稱(chēng)在相應(yīng)組件進(jìn)行顯示，同時(shí)將歌曲名稱(chēng)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于從Arduino主控板發(fā)送的每個(gè)歌曲名稱(chēng)后面都帶有回車(chē)符和換行符，所以歌曲名稱(chēng)的長(zhǎng)度是19字節(jié)，最后的兩個(gè)字節(jié)對(duì)智能終端來(lái)說(shuō)是無(wú)用的，可以只接收而不處理。部分代碼如圖9所示。4.2.4“上一首”、“下一首”鍵點(diǎn)擊“上一首”按鈕，向Arduino主控板發(fā)送相應(yīng)命令，同時(shí)更新“當(dāng)前播放歌曲”所顯示的內(nèi)容為新歌曲，將播放歌曲的序號(hào)改變?yōu)樾滦蛱?hào)。部分代碼如圖10所示?！跋乱皇住辨I的設(shè)計(jì)方法與“上一首”鍵相同，部分代碼如圖11所示。4.2.5“暫停/播放”鍵。變量fre用于記錄“暫停/播放”鍵按下的是奇數(shù)次還是偶數(shù)次，如果是奇數(shù)次被按下，則向Arduino發(fā)送“暫?！泵?；如果是偶數(shù)次被按下，則向Arduino發(fā)送“繼續(xù)播放”命令。如圖12所示。4.2.6App初始化初始化時(shí)先將“連接藍(lán)牙”鍵失能，待“搜索藍(lán)牙”配對(duì)完成后，再將其激活使能，以完成通信雙方的連接。從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取歌曲清單，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中有數(shù)據(jù)，將歌曲清單傳送到相應(yīng)的組件進(jìn)行顯示；如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)擊“刷新”按鈕獲取歌曲清單。部分代碼如圖13所示。4.2.7智能終端程序運(yùn)行。在智能終端運(yùn)行程序的實(shí)際效果如圖14所示。

5結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)基于ArduinoUNOR3微控制器、藍(lán)牙模塊、MP3播放模塊及智能終端的家居音樂(lè)控制系統(tǒng)，可以進(jìn)行本地?zé)o線(xiàn)觸控操作。經(jīng)運(yùn)行驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用、延時(shí)極小、運(yùn)行穩(wěn)定。曼妙輕柔的音樂(lè)縈繞在身邊，營(yíng)造一種溫馨的居家氛圍，提高了人們的生活質(zhì)量。

作者:崔俊 單位:重慶安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院