智能家居背景音樂控制系統(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、控制信號不穩(wěn)定的問題，設(shè)計一種基于藍牙無線通信技術(shù)的智能家居音樂控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ArduinoUNOR3作為主控器，BluetoothBee藍牙無線數(shù)傳模塊作為通信模塊，通過智能終端App控制MP3播放器，實現(xiàn)不同曲目間的有序播放。測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)實現(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；藍牙模塊；家居音樂；AppInventor編程

1概述

伴隨著科技的迅速發(fā)展，萬物互聯(lián)的時代已進入我們的生活。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使人們對居家環(huán)境的要求越來越高，搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居將會給大家?guī)聿灰粯拥捏w驗。智能家居是以住宅為平臺，將傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)及自動控制技術(shù)應(yīng)用到住宅中，使住宅中的各項家居設(shè)施關(guān)聯(lián)在一起，進而實現(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)計一種基于藍牙無線通信技術(shù)完成智能家居背景音樂的控制系統(tǒng)，實驗表明，將藍牙技術(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體驗。

2系統(tǒng)方案

系統(tǒng)總體方案如圖1所示。主控板的型號為Ar-duinoUNOR3，是整個系統(tǒng)的信息處理中心；傳感器擴展板對主控板的引腳和功能進行延伸和擴展；MP3播放模塊的型號為DFRduinoPlayer，是一種解碼功能十分出色的語音處理模塊，接收主控板發(fā)送的指令，播放對應(yīng)的歌曲；藍牙模塊可以實現(xiàn)短距離無線通信，是智能終端與Arduino主控板進行通信的橋梁；智能終端安裝專用的App程序，利用其自帶的藍牙模塊與Arduino端建立無線通信，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，是比較常用的開源硬件。它有14個數(shù)字I/O引腳、6個模擬輸入引腳、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線纜將其連接到計算機就可開始工作。其軟件開發(fā)平臺為ArduinoIDE，編程語言類似于C/C++，可以實現(xiàn)各種智能產(chǎn)品的開發(fā)。

3.2Arduino擴展板

傳感器擴展板采用疊層設(shè)計，擴展板不僅將Ar-duinoUno的全部數(shù)字與模擬接口以線序形式擴展出來，還特設(shè)復(fù)位按鈕、藍牙無線數(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，獨立擴展更加易用。對于電子技術(shù)知識較薄弱的初學(xué)者來說，不再為繁瑣復(fù)雜電路連線而頭疼，這款傳感器擴展板真正意義上實現(xiàn)了電路簡化，能夠很容易地將常用傳感器連接起來。完成電路連接后，編寫相應(yīng)的Arduino程序下載到Arduino主控板中就可輕松完成各種互動作品。

3.3藍牙模塊

BluetoothBee藍牙無線數(shù)傳模塊采用XBEE造型設(shè)計，體積尺寸緊湊，兼容傳感器擴展板底座，適用于各種3.3V的單片機系統(tǒng)，模塊可以使用AT指令設(shè)置主從模式、波特率、配對密碼、用戶信息等。

3.4MP3播放模塊

DFRduinoPlayerMP3語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主控板通過藍牙向智能終端發(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，將線材隱藏于無形，接收MP3模塊輸出的音樂進行播放，給居家創(chuàng)造和諧輕松的氛圍。如圖6所示。傳感器擴展板插在Arduino主控板上，藍牙模塊插入擴展板的Xbee插槽內(nèi)，MP3播放模塊的+5V、GND、SCL、SDA接到傳感器擴展板的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的SD卡。在擴展板上通過跳線帽選擇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，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進行編程，它是一種圖形化編程工具，功能強大，可快速開發(fā)Android系統(tǒng)應(yīng)用程序。4.2.1藍牙連接“連接藍牙”按鍵應(yīng)在“搜索藍牙”完成后被激活。圖7代碼完成智能終端與Arduino主控板的藍牙連接，以實現(xiàn)后續(xù)無線通信。4.2.2“歌曲X”鍵。定義兩個全局變量，number用于存放當(dāng)前正在播放歌曲的序號，playbill用于存放歌曲名。當(dāng)“歌曲1”后面的按鈕被按下時，如果其有節(jié)目，則通過藍牙向Arduino發(fā)送播放歌曲1的命令，并同時在當(dāng)前播放歌曲組件上顯示當(dāng)前播放歌曲的名稱，將播放歌曲的序號改變?yōu)楫?dāng)前序號，如圖8所示。歌曲2到歌曲6的代碼設(shè)計同歌曲1。4.2.3“刷新”鍵點擊?！八⑿隆卑粹o，智能終端通過藍牙向Arduino發(fā)送索取節(jié)目單命令，并判斷藍牙是否收到數(shù)據(jù)。如果收到數(shù)據(jù)，將歌曲名稱在相應(yīng)組件進行顯示，同時將歌曲名稱保存到數(shù)據(jù)庫中。由于從Arduino主控板發(fā)送的每個歌曲名稱后面都帶有回車符和換行符，所以歌曲名稱的長度是19字節(jié)，最后的兩個字節(jié)對智能終端來說是無用的，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”鍵點擊“上一首”按鈕，向Arduino主控板發(fā)送相應(yīng)命令，同時更新“當(dāng)前播放歌曲”所顯示的內(nèi)容為新歌曲，將播放歌曲的序號改變?yōu)樾滦蛱?。部分代碼如圖10所示?！跋乱皇住辨I的設(shè)計方法與“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初始化初始化時先將“連接藍牙”鍵失能，待“搜索藍牙”配對完成后，再將其激活使能，以完成通信雙方的連接。從數(shù)據(jù)庫中獲取歌曲清單，如果數(shù)據(jù)庫中有數(shù)據(jù)，將歌曲清單傳送到相應(yīng)的組件進行顯示；如果數(shù)據(jù)庫中沒有數(shù)據(jù)，通過點擊“刷新”按鈕獲取歌曲清單。部分代碼如圖13所示。4.2.7智能終端程序運行。在智能終端運行程序的實際效果如圖14所示。

5結(jié)語

設(shè)計基于ArduinoUNOR3微控制器、藍牙模塊、MP3播放模塊及智能終端的家居音樂控制系統(tǒng)，可以進行本地?zé)o線觸控操作。經(jīng)運行驗證表明，該系統(tǒng)簡單易用、延時極小、運行穩(wěn)定。曼妙輕柔的音樂縈繞在身邊，營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