智能家居背景音乐控制系统探究

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摘要：为了创造温馨愉悦的居家环境，解决目前智能家居存在的网络连接复杂、控制信号不稳定的问题，设计一种基于蓝牙无线通信技术的智能家居音乐控制系统。系统采用ArduinoUNOR3作为主控器，BluetoothBee蓝牙无线数传模块作为通信模块，通过智能终端App控制MP3播放器，实现不同曲目间的有序播放。测试结果显示，该系统实现了智能控制的功能，可以极大地提升家居的智能化水平。

关键词：ArduinoUNOR3主控板；智能终端；蓝牙模块；家居音乐；AppInventor编程

1概述

伴随着科技的迅速发展，万物互联的时代已进入我们的生活。物联网技术的发展，使人们对居家环境的要求越来越高，搭载物联网技术的智能家居将会给大家带来不一样的体验。智能家居是以住宅为平台，将传感器技术、网络通信技术、嵌入式技术及自动控制技术应用到住宅中，使住宅中的各项家居设施关联在一起，进而实现家居生活的智能化控制，使居家环境更加温馨、舒适。设计一种基于蓝牙无线通信技术完成智能家居背景音乐的控制系统，实验表明，将蓝牙技术应用于智能家居控制能够与家居环境高度契合，有效提升智能家居用户体验。

2系统方案

系统总体方案如图1所示。主控板的型号为Ar-duinoUNOR3，是整个系统的信息处理中心；传感器扩展板对主控板的引脚和功能进行延伸和扩展；MP3播放模块的型号为DFRduinoPlayer，是一种解码功能十分出色的语音处理模块，接收主控板发送的指令，播放对应的歌曲；蓝牙模块可以实现短距离无线通信，是智能终端与Arduino主控板进行通信的桥梁；智能终端安装专用的App程序，利用其自带的蓝牙模块与Arduino端建立无线通信，向Arduino端发送命令，以控制播放哪首歌曲。

3系统硬件

3.1Arduino控制器

ArduinoUNO是基于ATmega328的微控制器板，是比较常用的开源硬件。它有14个数字I/O引脚、6个模拟输入引脚、16MHz陶瓷谐振器、IIC接口和复位按钮。它包含微控制器所需的一切功能，只需使用USB线缆将其连接到计算机就可开始工作。其软件开发平台为ArduinoIDE，编程语言类似于C/C++，可以实现各种智能产品的开发。

3.2Arduino扩展板

传感器扩展板采用叠层设计，扩展板不仅将Ar-duinoUno的全部数字与模拟接口以线序形式扩展出来，还特设复位按钮、蓝牙无线数传接口、RS485接口（D0-RX、D1-TX、D2-EN）、IIC/TWI接口（A4-SDA、A5-SCL）、12864液晶串行与并行接口、SD卡模块接口、3.3V输出端口，独立扩展更加易用。对于电子技术知识较薄弱的初学者来说，不再为繁琐复杂电路连线而头疼，这款传感器扩展板真正意义上实现了电路简化，能够很容易地将常用传感器连接起来。完成电路连接后，编写相应的Arduino程序下载到Arduino主控板中就可轻松完成各种互动作品。

3.3蓝牙模块

BluetoothBee蓝牙无线数传模块采用XBEE造型设计，体积尺寸紧凑，兼容传感器扩展板底座，适用于各种3.3V的单片机系统，模块可以使用AT指令设置主从模式、波特率、配对密码、用户信息等。

3.4MP3播放模块

DFRduinoPlayerMP3语音播放模块支持的音频格式有WAV、MP3、MIDI，支持的通信方式有串口（UART）、IIC。串口通信默认的波特率是19200bps，I-IC通信的地址为0X35。插在MP3播放模块上的SD卡需先格式化为FAT格式，并在根目录下新建sound文件夹，将音频歌曲文件存放在sound文件夹内，如图5所示。由于Arduino主控板通过蓝牙向智能终端发送的是字符的ASCII码，而这种传输方式不适合中文汉字传送，所以需为中文歌曲文件命名为英文名或汉语拼音名。sound文件夹内6首歌曲如下：GHSY（光辉岁月）、WQS（忘情水）、GXDY（故乡的云）、PYBK（朋友别哭）、KLLJ（快乐老家）、XF（小芳）。其指令格式如表1所示。

3.5吸顶喇叭

吸顶喇叭被放在天花板上，将线材隐藏于无形，接收MP3模块输出的音乐进行播放，给居家创造和谐轻松的氛围。如图6所示。传感器扩展板插在Arduino主控板上，蓝牙模块插入扩展板的Xbee插槽内，MP3播放模块的+5V、GND、SCL、SDA接到传感器扩展板的IIC接口上，MP3模块的音频输出接到吸顶喇叭上，并在MP3模块上插入已下载音乐的SD卡。在扩展板上通过跳线帽选择IIC通信模式。

4系统软件

4.1Arduino端程序代码

Arduino主控板代码中保存有歌曲清单，当智能终端向Arduino端发送索取歌曲清单指令时，将歌曲清单传送给智能终端，智能终端读取后在相应组件显示歌曲名，以备播放歌曲使用。主控板与智能终端之间的通信协议为：主控板收到100向智能终端发送歌曲清单；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暂停播放；主控板收到10继续播放。

4.2智能终端程序代码

智能终端的App采用AppInventor进行编程，它是一种图形化编程工具，功能强大，可快速开发Android系统应用程序。4.2.1蓝牙连接“连接蓝牙”按键应在“搜索蓝牙”完成后被激活。图7代码完成智能终端与Arduino主控板的蓝牙连接，以实现后续无线通信。4.2.2“歌曲X”键。定义两个全局变量，number用于存放当前正在播放歌曲的序号，playbill用于存放歌曲名。当“歌曲1”后面的按钮被按下时，如果其有节目，则通过蓝牙向Arduino发送播放歌曲1的命令，并同时在当前播放歌曲组件上显示当前播放歌曲的名称，将播放歌曲的序号改变为当前序号，如图8所示。歌曲2到歌曲6的代码设计同歌曲1。4.2.3“刷新”键点击。“刷新”按钮，智能终端通过蓝牙向Arduino发送索取节目单命令，并判断蓝牙是否收到数据。如果收到数据，将歌曲名称在相应组件进行显示，同时将歌曲名称保存到数据库中。由于从Arduino主控板发送的每个歌曲名称后面都带有回车符和换行符，所以歌曲名称的长度是19字节，最后的两个字节对智能终端来说是无用的，可以只接收而不处理。部分代码如图9所示。4.2.4“上一首”、“下一首”键点击“上一首”按钮，向Arduino主控板发送相应命令，同时更新“当前播放歌曲”所显示的内容为新歌曲，将播放歌曲的序号改变为新序号。部分代码如图10所示。“下一首”键的设计方法与“上一首”键相同，部分代码如图11所示。4.2.5“暂停/播放”键。变量fre用于记录“暂停/播放”键按下的是奇数次还是偶数次，如果是奇数次被按下，则向Arduino发送“暂停”命令；如果是偶数次被按下，则向Arduino发送“继续播放”命令。如图12所示。4.2.6App初始化初始化时先将“连接蓝牙”键失能，待“搜索蓝牙”配对完成后，再将其激活使能，以完成通信双方的连接。从数据库中获取歌曲清单，如果数据库中有数据，将歌曲清单传送到相应的组件进行显示；如果数据库中没有数据，通过点击“刷新”按钮获取歌曲清单。部分代码如图13所示。4.2.7智能终端程序运行。在智能终端运行程序的实际效果如图14所示。

5结语

设计基于ArduinoUNOR3微控制器、蓝牙模块、MP3播放模块及智能终端的家居音乐控制系统，可以进行本地无线触控操作。经运行验证表明，该系统简单易用、延时极小、运行稳定。曼妙轻柔的音乐萦绕在身边，营造一种温馨的居家氛围，提高了人们的生活质量。

作者:崔俊 单位:重庆安全技术职业学院