基于蓝牙的遥控器设计

钟诗航 肖 珂 任晓贤



基于蓝牙的遥控器设计

钟诗航 肖 珂 任晓贤

本系统采用低功耗单片机与蓝牙模块实现了遥控器系统与接收机无线连接，并通过自定义的协议完成了键值的传送。系统设计考虑了遥控器低功率的要求，在功耗方面进行了优化，实现了休眠唤醒功能。同时遥控器系统可以接收来自接收机的音频信号并播放。

遥控器是一种基本的远程控制装置，在工业和民用中应用广泛。现有的遥控器，诸如电视、空调遥控器，主要是红外遥控。红外遥控已经非常成熟，但它的缺点也很明显：

必须对准接收器；

传输距离较短（1-2m）；

只能单对单的控制；

信号无加密。

相比之下，蓝牙设备的控制距离更长，标准功率下可在10m距离内进行数据通讯，而功率级别为CLASS1的蓝牙设备之间可在100m范围内进行通讯。

蓝牙设备也具有更好的传输特性，不需对准接收器，甚至可以不再同一间房间。可以在设备移动时传输。一个蓝牙设备可以连接多台接收机，同时可以对他们做出区分。

同时蓝牙设备具有完整的安全机制。

现在，蓝牙技术继续也在日趋成熟，蓝牙模块的成本在降低，尽管其通讯速率不是很高，但是在做遥控功能时已近够用。

STM8L是意法公司的低功耗MCU系列，体积小，适合用于遥控器系统的通信与控制。

蓝牙功能的实现使用了蓝牙模块，可同时进行数据传送与音频接收，其功耗较大，是整个系统的主要功率来源。

系统设计方案

蓝牙遥控器系统结构与功能

本系统主要由蓝牙模块，MCU，键盘，以及扬声器组成。

当按下键后，键盘的键值会被编码，并通过蓝牙模块以ASICC码的形式发送出去。

蓝牙连接建立起来后，接收机可以发送声音信号给遥控器，遥控器的扬声器会发声，可用于寻找遥控器位置。

由于蓝牙通信需要先建立连接，故需考虑中途连接中断的情况。当通信失败后，系统自动重启蓝牙模块，并重新建立连接，再继续进行通信。

系统框图

图1　系统总体设计框图

硬件设计

遥控器硬件主要有：

微控制器（MCU）：遥控器的主控部件，与键盘连接，可检测键盘状态，对键值进行编码。通过UART串口与蓝牙模块相连，与蓝牙模块通信，实现建立蓝牙连接，数据的输出与读入等功能。与功放模块相连，控制功率放大模块的开关。通过一个MOSFET管控制电源，当置低时，断开电源。

蓝牙模块：选用BK8002模块，与MCU通过UART连接，可以接收指令，并将数据通过蓝牙发送以及通过蓝牙接收数据。同时将音频线连接到功率放大器，以供扬声器输出。

功率放大模块：音频线连接到该模块，该模块将放大的音频信号放大后通过扬声器输出。音量不能过大，否则功放会过热。

扬声器：播放音频。

键盘：接收用户输入。

开关键：按下后，系统供电，同时向MCU提供按下信号。

蜂鸣器：发出提醒信号。

电源： 使用锂电池供电，并使用电压转换芯片，分别提供3.3V和5V电压给MCU和蓝牙模块。其导通由MCU及开关键共同控制，即只要MCU给予通电信号或者按下开关键都可使电源开始供电。

图2　主程序流程图

软件设计

主程序流程图

开关机

当按下按键后，MCU上电，同时收到开关键按下信号，当检测到该键按下2s后，发出通电信号，这时遥控器上电，即开机。再次检测到该键按下5s后，停止发出通电信号，松手后遥控器即断电。

蓝牙握手

当蓝牙模块上电后，会吐出’ON ’，当检测到该信号后，执行与接收机配对操作，否则重启蓝牙。成功配对后，蓝牙模块吐出’II ’，检测到该信号后，发送密码，以进入数据传送模式，否则继续等待蓝牙连接。

按键扫描

对键盘不断进行扫描，当检测到按下后，将键值编码，并进入发送模式。

键值发送

当按键是非音量控制按键时，将按键编码值以’AT+编码值’格式通过UART以9600的波特率传送给蓝牙模块（蓝牙模块自动将值发送出去）。当发送成功后，蓝牙模块会吐出’OK ’。为了避免出现传输错误，如果没有检测到该值，自动重发，当多次未成功后，重启蓝牙模块。

音量控制

当按键是音量控制键（音量增、减）时，向蓝牙发送控制指令，控制音量加减。当指令发送成功，蓝牙模块会吐出成功信号，若为成功，则重复发送该指令，多次未成功后，重启蓝牙模块。为避免功放过热，设定一个最大值来限定音量。

接收音频信号

蓝牙模块的发送数据功能与接收音频功能彼此独立，故在MCU使能功率放大模块后，接收机可直接发送音频信号，即可在遥控器上进行播放。

警告与休眠

在蓝牙握手时，如果长时间没有连接，MCU控制蜂鸣器发出提醒声音。连接建立后，如果键盘长时间无动作，MCU进入休眠模式，同时蓝牙模块关闭，直到再次按下按键时再复苏。

断开连接自动重启

当蓝牙连接断开后，MCU控制蓝牙模块重启，并重新尝试与接收机握手。

结语

本文采用模块化设计实现了一个蓝牙遥控器，其通信准确率与红外遥控器相当，系统稳定，在出现连接中断等突发情况下能做出修正以维持正常通信，并且具备较长的通信距离，不需要对准接收装置，可以做到一对一的遥控，可以完成远距离控制任务。

钟诗航 肖 珂 任晓贤

北方工业大学电子信息工程学院

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.10.022

北京市大学生科研训练计划深化项目