手機藍牙控制的調(diào)光調(diào)色的LED燈的設(shè)計

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-11-19

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   1.引言 
隨著,，2012年10月30日飛利浦在AppleStore出售最新的高科技Hue系列LED燈,，并且只會交由蘋果出售,。Hue系列將是完全可有自定義的，并且通過一個燈泡內(nèi)紅藍綠三原色的LED可以混合出1600萬種顏色的燈光,。整個過程完全由iPhone上的App來進行控制,。從而引發(fā)了智能燈控發(fā)展的新思考，國內(nèi)相關(guān)人士也紛紛進行研究,�,？紤]到Hue是采用WiFi無線控制，商業(yè)照明燈具,，而國內(nèi)WiFi并未普及,，本研究采用更普遍的藍牙技術(shù)，采用手機藍牙與單片機通信產(chǎn)生可調(diào)占空比PWM波信號控制LED驅(qū)動電路實現(xiàn)LED的調(diào)光和DIY調(diào)色,。

2.脈沖寬制(PWM)調(diào)光技術(shù)
PWM調(diào)光是一種利用簡單的數(shù)字脈沖,，反復(fù)開關(guān)LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬,、窄不同的數(shù)字式脈沖,，即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)LED的亮度,。PWM調(diào)光的優(yōu)點在于調(diào)光范圍大,，只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼,，PWM調(diào)光可以在精確控制LED的亮度的同時,，LED射燈，也保證LED發(fā)光的色度,。


2.1 脈沖寬制(PWM)調(diào)光原理
利用人眼睛視覺惰性,，商業(yè)照明燈具,，按固定頻率操作占空比實現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié),，只要調(diào)光比即PWM波頻率大于200Hz人眼就不會感覺到LED的閃爍。具體調(diào)光實現(xiàn),，通過控制LED的亮滅時間,，從而控制LED亮度，從電力學(xué)來看就是控制一定周期內(nèi)電流的有效值,。這種方法在改變電流有效值大小的同時不改變電壓和電流的大小,，這樣就保證了LED的發(fā)光色度，這是模擬調(diào)光和可控硅調(diào)光無法實現(xiàn)的,。


2.2 占空比
占空比是指高電平在一個周期之內(nèi)所占的時間比率,。方波的占空比為50%,占空比為0.5,說明正電平所占時間為0.5個周期。
Ts為脈沖周期
Tw為脈沖寬度
占空比τ=Tw/Ts×100.
占空比的解釋可以歸納為如下幾種：
1)在一串理想的脈沖序列中(如方波),，正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值,。
2)在一段連續(xù)工作時間內(nèi)脈沖占用的時間與總時間的比值,。
3)在周期型的現(xiàn)象中，現(xiàn)象發(fā)生的時間與總時間的比,。
也就是電路釋放能量的有效時間與總釋放時間的比,。
2.3 調(diào)光比
調(diào)光比則是按下面的方法計算：
Foper=工作頻率
Fpwm=調(diào)光頻率
調(diào)光比率=Foper/Fpwm
其實也就是調(diào)光的最低有效占空比，比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz,則調(diào)光比為：
100k/200=500.

3.藍牙模塊組成
3.1 藍牙技術(shù)基礎(chǔ)
藍牙的創(chuàng)始人是瑞典愛立信公司,，藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范,，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接,。手機之間通過藍牙實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享已成為常理,，將手機變身為遙控器為人們的生活帶來無限方便。
藍牙技術(shù)由三部分組成,，超市照明,，包括藍牙無線電技術(shù)、藍牙協(xié)議棧和藍牙互操作性,。

3.1.1 藍牙無線電技術(shù)
藍牙無線電工作在全球通用的2 . 4 G H zISM(即工業(yè),、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段,，支持全雙工傳輸,，恒光，使用IEEE802.15協(xié)議,。藍牙設(shè)備即連即用,，抗干擾能力強、使用方便[2]

3.1.2 藍牙協(xié)議棧
藍牙協(xié)議棧包含一個軟件棧和一個硬件棧,。藍牙硬件協(xié)議棧由藍牙硬件提供,，藍牙軟件協(xié)議棧由軟件實現(xiàn)。藍牙軟件協(xié)議棧提供Java藍牙API給程序開放人員使用,。

3.1.3 藍牙互操作性
藍牙互操作性包括三方面內(nèi)容：①通用訪問Profile定義了設(shè)備管理功能性;②服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用Profiles定義了服務(wù)發(fā)現(xiàn)方面的內(nèi)容;③串口Profiles定義了互操作設(shè)備和模擬串口電纜的能力3.2 HC-O6藍牙模塊

BC04外置8M Flash,帶EDR模塊HC-06為民用級,，兼容HC-04工業(yè)級。其中,，HC-06模塊的TX管腳跟STC15F204EA單片機的P3.0管腳相接,，RX管腳跟P3.1接。HC-06模塊接收手機端發(fā)來的數(shù)據(jù),，然后在通過串口TR,TX管腳與單片機通信,。

藍牙2.0帶EDR,2Mbps-3Mbps調(diào)制度，內(nèi)置2.4GHz天線,，外置8Mbit FLASH,低電壓3.3V工作(3.1V~4.2V)配對時30~40MA波動,，配對完畢通信8MA,可選PIO控制標(biāo)準(zhǔn)HCI端口(UART or USB)，數(shù)字2.4GHz無線收發(fā)射,，CSR BC04藍牙芯片技術(shù),，自適應(yīng)跳頻技術(shù),，藍牙Class 2功率級別，工作溫度為-25至+75,協(xié)波干擾為2.4MHz,發(fā)射功率3dBm,有效控制距離為10m.

4.手機APP設(shè)計
4.1 藍牙連接相關(guān)程序設(shè)計
首先,，初始化本地藍牙設(shè)備,，建立LocalDevice類，包括取得本地設(shè)備實例,、藍牙名稱,、設(shè)置發(fā)現(xiàn)模式、獲得發(fā)現(xiàn)代理,。創(chuàng)建public int BTS_Init()類函數(shù),，實現(xiàn)藍牙初始化判斷，尋找默認藍牙設(shè)備,，打開藍牙,。

啟動藍牙設(shè)備搜索，質(zhì)量,，創(chuàng)建public voidBTS_StartScan()類函數(shù),，開始尋找從機藍牙設(shè)備，注冊搜尋函數(shù),，創(chuàng)建public int BTS_ConnectToDevice(String DeviceAddress)類函數(shù),，設(shè)計，實現(xiàn)連接到一個指定的藍牙設(shè)備,。

創(chuàng)建public int BTS_SendDates(Stringbuffer)類函數(shù)實現(xiàn)字符串發(fā)送到已連接好的藍牙設(shè)備上,，創(chuàng)建public int BTS_Finish()類函數(shù)結(jié)束藍牙通信，最后創(chuàng)建接收ACTION_FOUND廣播的BroadcastReceiver privatefinal BroadcastReceiver mReceiver=newBroadcastReceiver(),。

4.2 控制信號相關(guān)程序設(shè)計
首先創(chuàng)建一個用于控制信號的類publicclass PwmcontrolActivity extends Activity{},里面包含創(chuàng)建界面的類函數(shù)public voidonCreate(BundlesavedIn stan ceState){},發(fā)送控制信號類函數(shù)public void onStop TrackingTouch(SeekBar seekBar){}.

創(chuàng)建類class InitThread extends Thread{},實現(xiàn)資源加載線程,，里面創(chuàng)建用于四路信號之間轉(zhuǎn)換的public InitThread(PwmcontrolActivity act){}類函數(shù)，實現(xiàn)與藍牙程序接口的public void run()線程體,，用于軟件退出的類函數(shù)public booleanonKeyDown(int keyCo de,KeyEvent event),。

5.單片機控制信號設(shè)計
5.1 硬件電路設(shè)計
系統(tǒng)框圖如圖1所示，本硬件電路采用STC15F204EA單片機為主控器,，CH-06藍牙模塊的TXD與單片機11管腳P3.0連接,，LED天花燈,，RXD與P3.1相連,，電工照明，實現(xiàn)藍牙串口通信連接,，3c認證,，從P1.0,P1.1,P1.2,P1.3四個口輸出四路可調(diào)占空比的PWM信號，采用一個L298芯片將單片機控制信號和LED電源驅(qū)動隔離,，避免了單片機帶負載能力弱的缺點,，以實現(xiàn)驅(qū)動大功率LED.


圖1 系統(tǒng)框圖

5.2 程序設(shè)計
主函數(shù)流程圖如圖2所示,，定義完相關(guān)變量和相關(guān)函數(shù)聲明后，設(shè)計串口通信函數(shù),，設(shè)置定時器1中斷,，中斷函數(shù)為占空比控制函數(shù)，然后設(shè)計數(shù)據(jù)接收函數(shù),，當(dāng)串口服務(wù)函數(shù)接收到數(shù)據(jù)時,，將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收函數(shù)，然后將接受到的字符數(shù)據(jù)通過字符轉(zhuǎn)型函數(shù)進行字符的轉(zhuǎn)型,，然后通過標(biāo)志iCommdType判斷控制哪一路信號,，當(dāng)無標(biāo)志信號來時，一直循環(huán)檢查,，檢查到相應(yīng)的標(biāo)志信號,，然后執(zhí)行占空比調(diào)節(jié)函數(shù)藍牙模塊與單片機之間的通信使用模擬串口實現(xiàn)的，串口為標(biāo)準(zhǔn)配置：波特率9600,編寫一個串口初始化函數(shù)void UART_INIT(),，初始化相關(guān)標(biāo)志,，和寄存器，然后編寫中斷接收函數(shù)void tm0()interrupt 1 using 1,接收串口發(fā)來的數(shù)據(jù),。設(shè)定定時器1中斷并編寫中斷服務(wù)函數(shù)void tm1()interrupt 3 using1,實現(xiàn)P W M的占空比控制,。編寫數(shù)據(jù)接收函數(shù)char GetUartData()，將中斷接收函數(shù)里接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送這里,，等待接收數(shù)據(jù)函數(shù)void WaitForChars(unsigned chariCount,char *Dest)通過調(diào)用數(shù)據(jù)接收函數(shù)char GetUartData(),，將手機發(fā)送來的數(shù)據(jù)裝載到定義好的變量數(shù)組，然后通過字符轉(zhuǎn)型函數(shù)unsigned int GetCmdType(char*Commd),，將字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成數(shù)字,，通過標(biāo)志判斷，要控制哪一路PWM波,，然后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳到控制占空比的中斷服務(wù)函數(shù),，星級酒店照明燈具，LED照明工程,，改變其占空比的輸出,。


圖2 主函數(shù)流程圖

　6.結(jié)果展示
6.1 手機端界面
如圖3所示，其中W調(diào)節(jié)白光,，從0到100R,、B、G共有100萬種組合,，每一種組合對應(yīng)一種顏色,，室外照明，ROSH認證，通過改變RBG的組合,，從而調(diào)節(jié)LED的顏色,。


圖3

6.2 PWM波輸出效果
如圖4所示，店鋪照明,，這是其中一路PWM波的控制信號,，通過手機端控制其占空比，用示波器測出其波形,。


圖4

6.3 實際調(diào)光調(diào)色效果
選擇幾種組合調(diào)色效果如圖5所示,。


圖5

關(guān)鍵詞：