基于51单片机手机无线蓝牙APP控制风扇调速设计

基于51单片机手机无线蓝牙APP控制风扇调速设计

---

1. 系统功能介绍

本系统是一种基于 STC89C52单片机 控制的智能风扇调速系统，通过 手机APP无线蓝牙控制 实现对风扇转速和工作模式的灵活控制。系统以单片机为核心控制器，结合蓝牙模块和继电器驱动电路，实现了多档调速、定时控制等功能。

1.1 功能概述

系统主要实现以下功能：

1. 多档风速调节 ：

   通过手机APP发送指令，风扇可切换为低速、中速、高速三种运行状态。

2. 远程启停控制 ：

   用户可以远程发送停止指令，实现风扇的启停控制。

3. 定时控制功能 ：

   APP可发送指令，让风扇以指定档位运行1分钟后自动停止，方便节能与安全使用。

4. 蓝牙无线通信 ：

   系统通过蓝牙模块实现与手机APP的数据通信，采用串口通信协议，可靠性高。

5. 状态指示与反馈 ：

   单片机可根据接收到的命令控制风扇运行状态，并可配合LED指示运行档位状态。

1.2 蓝牙通信协议

功能描述	蓝牙发送命令
停止运行	TZ00
高速运行	GS00
中速运行	ZS00
低速运行	DS00
高速运行1分钟后停止	GS01
中速运行1分钟后停止	ZS01
低速运行1分钟后停止	DS01

APP发送的命令以字符串形式通过蓝牙模块传输给单片机，单片机解析命令后执行相应动作。

---

2. 系统电路设计

整个系统主要由以下几个部分构成：

• 主控单元：STC89C52单片机
• 蓝牙通信模块
• 风扇驱动电路
• 电源模块
• 指示电路

2.1 单片机主控电路

STC89C52单片机作为系统的核心控制器，负责接收蓝牙模块传来的命令信号，并根据指令控制风扇的运行速度与时间。

主要功能：

• 通过串口UART接口与蓝牙模块通信；
• 控制PWM信号输出或继电器动作，实现风速切换；
• 计时功能，用于实现定时自动停止；
• 逻辑判断和状态控制。

单片机使用外部12MHz晶振作为时钟源，通过稳定的时序逻辑控制整个系统的运行。P1口用于控制风扇驱动继电器，P3.0（RXD）和P3.1（TXD）用于与蓝牙模块的串口通信。

2.2 蓝牙模块电路

系统采用 HC-05 蓝牙模块 与手机APP通信。该模块支持UART串口通信方式，通信波特率默认为9600bps，能够稳定地与单片机进行数据交互。

工作原理：

当用户在手机APP中选择不同的风速模式时，APP会通过蓝牙发送特定的字符串指令（如"GS00"表示高速运行），HC-05模块接收到该指令后，通过串口将数据传输给单片机。

模块特点：

• 支持主从模式；
• 通信距离可达10米；
• 波特率可配置；
• 与STC89C52单片机TTL电平兼容。

2.3 风扇驱动电路

风扇的调速控制采用 三路继电器 或 晶体管控制电路 实现。每个继电器对应一种风速档位，通过控制不同的继电器吸合，实现对风扇供电电压或PWM占空比的调节。

控制原理：

• 低速：继电器1闭合；
• 中速：继电器2闭合；
• 高速：继电器3闭合；
• 停止：全部继电器断开。

继电器由单片机输出端口控制，端口输出高电平时，驱动三极管导通，继电器吸合，从而控制风扇供电回路。

2.4 电源电路

系统供电部分采用 5V稳压电源模块，为单片机和蓝牙模块供电，同时为继电器驱动电路提供稳定电压。可采用AMS1117-5.0稳压芯片或7805线性稳压器，输入电压为DC 9~12V。

为防止干扰与电压波动，电源电路中应增加滤波电容（如100μF电解电容和0.1μF瓷片电容并联）以保证系统稳定。

2.5 指示电路

为便于用户观察系统工作状态，可设计3个LED指示灯，分别对应低速、中速、高速状态。

当风扇处于某档运行时，对应LED点亮，停止时全部熄灭。

---

3. 系统程序设计

本系统程序采用 C语言编写 ，通过 Keil uVision5 开发环境进行编译，使用 STC-ISP 下载工具将程序烧录到单片机中。

程序主要包括以下几个部分：

• 串口通信程序设计
• 命令解析程序设计
• 风速控制程序设计
• 定时控制程序设计
• 主程序设计

3.1 串口通信程序设计

单片机与蓝牙模块采用串口UART通信。初始化串口时设置波特率为9600bps，工作模式为方式1（8位UART异步通信）。

#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

void UART_Init()
{
    SCON = 0x50;      // 设置为方式1，8位数据，可变波特率
    TMOD |= 0x20;     // 定时器1工作在方式2
    TH1 = 0xFD;       // 波特率9600bps（11.0592MHz）
    TL1 = 0xFD;
    TR1 = 1;          // 启动定时器1
    EA = 1;           // 开总中断
    ES = 1;           // 开串口中断
}

串口接收中断服务程序用于接收蓝牙发送的命令字符，并进行数据缓存。

uchar recv_buf[10];
uchar index = 0;

void UART_ISR() interrupt 4
{
    if (RI)
    {
        RI = 0;
        recv_buf[index++] = SBUF;
        if (index >= 4)
        {
            recv_buf[index] = '\0';
            index = 0;
        }
    }
}

3.2 命令解析程序设计

接收到完整的命令字符串后，单片机根据命令内容进行判断并执行相应动作。

void Command_Process()
{
    if (strcmp(recv_buf, "TZ00") == 0)
        Stop_Fan();
    else if (strcmp(recv_buf, "GS00") == 0)
        Fan_High();
    else if (strcmp(recv_buf, "ZS00") == 0)
        Fan_Mid();
    else if (strcmp(recv_buf, "DS00") == 0)
        Fan_Low();
    else if (strcmp(recv_buf, "GS01") == 0)
        Run_With_Timer(3);
    else if (strcmp(recv_buf, "ZS01") == 0)
        Run_With_Timer(2);
    else if (strcmp(recv_buf, "DS01") == 0)
        Run_With_Timer(1);
}

3.3 风扇控制程序设计

根据不同档位的命令，单片机输出对应的控制信号至继电器驱动电路。

sbit FAN_LOW = P1^0;
sbit FAN_MID = P1^1;
sbit FAN_HIGH = P1^2;

void Stop_Fan()
{
    FAN_LOW = 0;
    FAN_MID = 0;
    FAN_HIGH = 0;
}

void Fan_Low()
{
    Stop_Fan();
    FAN_LOW = 1;
}

void Fan_Mid()
{
    Stop_Fan();
    FAN_MID = 1;
}

void Fan_High()
{
    Stop_Fan();
    FAN_HIGH = 1;
}

3.4 定时控制程序设计

定时功能主要用于执行"运行1分钟后停止"命令。通过定时器中断计时，累计60秒后自动停止风扇。

uint timer_count = 0;

void Timer0_Init()
{
    TMOD |= 0x01;     // 定时器0工作方式1
    TH0 = (65536 - 46080) / 256;  // 50ms定时
    TL0 = (65536 - 46080) % 256;
    EA = 1;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;
}

void Timer0_ISR() interrupt 1
{
    TH0 = (65536 - 46080) / 256;
    TL0 = (65536 - 46080) % 256;
    timer_count++;
    if (timer_count >= 1200) // 1200 * 50ms = 60s
    {
        Stop_Fan();
        timer_count = 0;
        TR0 = 0;
    }
}

void Run_With_Timer(uchar mode)
{
    switch(mode)
    {
        case 1: Fan_Low(); break;
        case 2: Fan_Mid(); break;
        case 3: Fan_High(); break;
    }
    timer_count = 0;
    TR0 = 1;
}

3.5 主程序设计

主程序完成系统初始化与主循环任务，包括串口通信初始化、定时器配置和命令解析。

void main()
{
    UART_Init();
    Timer0_Init();
    while (1)
    {
        Command_Process();  // 检测接收缓冲区命令
    }
}

---

4. 系统运行与调试说明

1. 硬件连接 ：

   将HC-05蓝牙模块的TXD、RXD分别连接到单片机的P3.0和P3.1；继电器控制端连接到P1.0~P1.2。

2. APP控制 ：

   打开手机蓝牙APP，搜索配对HC-05设备，连接成功后可通过APP界面选择风速档位或定时模式。

3. 功能验证：

   • 发送"GS00"：风扇高速运行；
   • 发送"ZS01"：风扇中速运行1分钟后停止；
   • 发送"TZ00"：立即停止运行。

4. 调试要点：

   • 确保波特率一致；
   • 检查继电器吸合情况；
   • 若蓝牙通信异常，需检查串口接线与电平兼容性。

---

5. 总结

本系统通过STC89C52单片机与蓝牙无线通信模块实现了风扇的远程智能控制，具有结构简单、功能完善、操作方便等优点。

系统可广泛应用于家庭、实验室、办公室等场合的智能家电控制中。通过扩展设计，还可以加入温度检测模块，实现自动调速或环境联动控制，进一步提升系统智能化水平。