安章順，遲明路，劉榮升，湯世哲

（1.中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北 十堰 442000；2.河南工學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

0 引言

科學技術(shù)的發(fā)展日新月異，人們的生活方式和居住方式隨之發(fā)生了巨大變化，從有線到無線，從微信聊天到微信小程序（以下簡稱“小程序”）的使用，使人們緊密聯(lián)系在一起，極大地改善了生活質(zhì)量[1]。在越來越注重個人體驗的信息化社會，傳統(tǒng)家居已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人尤其是年輕人對生活品質(zhì)的需求，智能家居已經(jīng)成為居家生活的必要內(nèi)容。小程序是基于微信平臺的一款無需下載、無需安裝、節(jié)約內(nèi)存的軟件程序，相比于手機原生態(tài)APP，小程序具有開發(fā)簡單、無需復雜的專業(yè)知識、開發(fā)周期短的特點[2-3]。小程序內(nèi)部具有豐富的API，方便了小程序的開發(fā)，小程序的開發(fā)也日臻成熟。尤其是小程序內(nèi)部的藍牙API接口，可有效實現(xiàn)手機與藍牙設(shè)備的連接，降低了開發(fā)門檻[4-6]，擴展了無線藍牙設(shè)備的應用范圍。

目前，現(xiàn)有的智能家居產(chǎn)品都推出了其自身專用APP，然而受限于手機內(nèi)APP 數(shù)量和質(zhì)量，同時由于手機硬件限制，手機不能安裝大量占用內(nèi)存的APP。因此，可以使用小程序來解決這種矛盾，由于小程序無需占用手機內(nèi)存的優(yōu)勢，而且可以在移動手機端進行開發(fā)，簡化了開發(fā)流程步驟。目前，小程序軟件應用研究較多，而關(guān)于小程序控制硬件系統(tǒng)的研究較少。本文設(shè)計了基于微信小程序的智能臺燈系統(tǒng)，利用小程序與藍牙相連接發(fā)送數(shù)據(jù)，進而通過8引腳的小尺寸STC15F104W 單片機發(fā)送程序指令控制臺燈的啟停變色等，實現(xiàn)了手機軟件與家居硬件設(shè)備的互聯(lián)控制。因此，研究本文設(shè)計的基于小程序的智能臺燈系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)選擇小尺寸8 引腳的STC15F104W 單片機作為智能臺燈的主控核心，整個系統(tǒng)由STC15F104W 單片機、RGB三色LED燈、BLE藍牙模塊、若干上拉電阻和系統(tǒng)供電電源組成。首先，將編譯無誤的RGB 三色LED 燈控制程序燒錄到STC15F104W單片機中，由于STC15F104W單片機無外部最小系統(tǒng)，大大簡化了電路復雜度，提高了使用性；然后，通過低功耗BLE藍牙模塊與單片機和小程序連接，由小程序?qū)⒊绦蛑噶畎l(fā)送給單片機控制RGB 燈的亮滅與混色，實現(xiàn)臺燈的智能無線控制。系統(tǒng)方案構(gòu)成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案構(gòu)成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 STC15F104W單片機

STC15F104W 單片機為STC 生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的芯片，是高速、高可靠、低功耗的新一代8051（8 引腳）微型單片機，該單片機最主要的特點是無需外接晶振，內(nèi)部集成了高精度的RC時鐘源[7-9]，可通過配置獲得振蕩頻率。內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換、看門狗功能，以及較強的抗干擾能力，由于簡化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，單片機運行速度快，功耗消耗低，可以與51系列單片機兼容并使用Keil編程軟件進行開發(fā)。

2.2 LED燈模塊

本文設(shè)計的臺燈系統(tǒng)采用RGB 三色LED 燈，由紅綠藍三原色交集成像，可由程序調(diào)節(jié)不同顏色的混比，實現(xiàn)臺燈的光照顯示。

LED燈模塊電路中串聯(lián)了200Ω電阻作為限流電阻，單片機P3.2、P3.3 和P3.4 端口分別連接RGB 三色LED 燈的紅綠藍LED，通過PWM（脈寬調(diào)制）的方式進行混色控制及亮度調(diào)節(jié)，電路圖如圖2所示。

圖2 LED 燈模塊電路

2.3 低功耗BLE藍牙模塊

BLE 藍牙模塊使用BT05，具有體積小、使用方便、成本低廉、功耗低的特點，主要功能是：使用BT05 藍牙接收來自手機小程序發(fā)來的數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)通過UART口傳給單片機，進而實現(xiàn)臺燈的無線控制。單片機將數(shù)據(jù)發(fā)送給BLE藍牙模塊時，無需其他協(xié)議，BLE藍牙模塊可以直接將數(shù)據(jù)傳送至RGB 三色LED 燈，操作簡便快捷。STC15F104W單片機的RXD腳與BLE藍牙模塊的TXD腳連接，BLE 藍牙模塊的RXD 腳與單片機TXD 腳連接，進行數(shù)據(jù)傳輸，BLE藍牙模塊電路圖如圖3所示。

圖3 BLE 藍牙模塊電路圖

3 系統(tǒng)軟件開發(fā)

系統(tǒng)軟件主要由兩部分組成：單片機C 語言開發(fā)環(huán)境Keil μVision5 和小程序。微信小程序是一種不需要下載安裝就能夠使用的程序，用戶通過二維碼掃一掃便可直接打開應用。經(jīng)過多年發(fā)展，小程序生態(tài)環(huán)境已經(jīng)初步構(gòu)建，形成了超百萬的小程序開發(fā)者規(guī)模。小程序開發(fā)設(shè)計流程圖如圖4所示。當手機藍牙打開之后，與相關(guān)藍牙設(shè)備進行連接，此時若接收到反饋數(shù)據(jù)，則執(zhí)行反饋命令，進行下一步操作，同時，可以更新狀態(tài)，并發(fā)送指令。

圖4 小程序開發(fā)設(shè)計流程圖

3.1 小程序開發(fā)步驟

3.1.1 注冊賬號

首先需要注冊小程序賬號，訪問地址（https://mp.weixin.qq.com/cgi-bin/registermidpage?action=index&lang=zh_CN），選擇“小程序”，按要求填寫相關(guān)信息即可完成小程序的注冊，如圖5所示。

圖5 小程序賬號注冊

3.1.2 獲取小程序AppID

可在網(wǎng)站的“設(shè)置”-“開發(fā)者設(shè)置”中，查看小程序的AppID，如圖6所示。

圖6 獲取AppID

3.1.3 下載小程序開發(fā)者工具并創(chuàng)建demo項目

下載全新的開發(fā)者工具，該工具集成了開發(fā)調(diào)試、代碼編輯及程序發(fā)布等功能。項目創(chuàng)建成功后，點擊該項目進入可以看到完整的開發(fā)者工具界面，點擊左側(cè)導航，在“編輯”里可以查看和編輯代碼，在“調(diào)試”里可以測試代碼并模擬小程序在微信客戶端的效果，在“項目”里可以發(fā)送到手機里預覽實際效果，如圖7所示。

圖7 項目編輯與調(diào)試功能

3.1.4 手機預覽

如圖8所示，點擊開發(fā)者工具左側(cè)菜單欄的“項目”，然后點“預覽”，微信掃描二維碼之后即可在微信客戶端中實際體驗。

圖8 手機預覽

3.1.5 代碼上傳與發(fā)布

在開發(fā)者工具左側(cè)菜單欄中選擇“項目”，點擊“上傳”即可將代碼上傳到小程序服務(wù)器。之后，登錄微信公眾平臺并訪問小程序首頁，按要求填寫相關(guān)信息并發(fā)布，即可提交審核。

3.2 BLE藍牙模塊連接小程序步驟

在小程序中，提供了18 個藍牙api 接口，本文主要使用以下接口：openBluetoothAdapter()//用于開啟和初始化藍牙；getBluetoothAdapterState()//用于檢查藍牙是否開啟；startBluetoothDevicesDiscovery()//用于開始設(shè)備搜索并當發(fā)現(xiàn)一個設(shè)備后會觸發(fā)onBlueDeviceFound()事件；creatBLEConnection()//用于搜索到設(shè)備后連接設(shè)備；getBLEDeviceService()//用于連接成功后根據(jù)目標服務(wù)ID找到指定的服務(wù)ID；onBLECharacteristicValueChange()//用于監(jiān)聽數(shù)據(jù)變化。接下來將詳細闡述BLE 藍牙模塊與小程序的連接步驟：

1）藍牙初始化。首先要初始化藍牙：openBluetoothAdapter（），如圖9所示。

圖9 初始化藍牙

2）檢查與搜索藍牙，如圖10所示。

圖10 檢查與搜索藍牙

3）獲取與連接藍牙設(shè)備。開始連接設(shè)備后，匹配到的藍牙設(shè)備ID發(fā)送連接藍牙的請求，連接成功之后，應該斷開藍牙搜索的api，然后獲取所連接藍牙設(shè)備的service服務(wù)。

4）獲取藍牙設(shè)備服務(wù)。獲取的serviceId 有多個，要試著連接最終確定哪個是穩(wěn)定版本的service，獲取服務(wù)后獲取設(shè)備特征值，便可啟動notify藍牙監(jiān)聽功能，然后使用wx.onBLECharacteristicValueChange 用來監(jiān)聽藍牙設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)必須是二進制數(shù)據(jù)。小程序最終開發(fā)界面如圖11所示。

4 測試

硬件與軟件調(diào)試完成后，進行智能臺燈的RGB 三色LED 燈測試，如圖12 所示?？梢栽谝欢ň嚯x內(nèi)通過手機小程序?qū)GB 燈各種顏色進行無線調(diào)試，低功耗BLE 藍牙模塊接收及發(fā)送數(shù)據(jù)正常，實現(xiàn)了預期目標。

5 結(jié)束語

隨著國家經(jīng)濟的迅速發(fā)展，現(xiàn)代化、信息化、智能化正逐步影響著人們的日常生活，智能家居作為與人們生活息息相關(guān)的一種便利技術(shù)，方便了人們的衣食住行，提高了居家舒適度。本文設(shè)計了一款基于微信小程序的智能臺燈系統(tǒng)，利用BLE 藍牙模塊將小程序和STC15F104W 單片機連接，小程序可經(jīng)由藍牙模塊控制臺燈，實現(xiàn)了手機與家具硬件設(shè)備的互聯(lián)控制。該系統(tǒng)為小程序的軟硬件結(jié)合控制提供了良好的借鑒，未來將對智能臺燈與人體坐姿感應報警以及明暗光線自適應調(diào)節(jié)進行研究，以期進一步豐富小程序控制硬件系統(tǒng)案例。