王東波 秦會斌 董勝奎

摘 要：針對家庭智能照明的便捷性和節(jié)能性，設計了一種簡單、新型的家庭智能照明系統(tǒng)。系統(tǒng)以手機為控制終端，以STC的STC12C5A56S2單片機作為控制核心，利用上海諾威通公司的藍牙模組NVC-MDCS42作為數據傳輸媒介，以臺灣點晶科技的DD313驅動芯片作為LED的恒流驅動，實現一種簡單的家庭智能照明系統(tǒng)，達到可通過手機終端調節(jié)LED顏色變化以及開關燈的效果。

關鍵詞：STC12C5A56S2；藍牙；DD313；LED；手機終端

Design of home intelligent lighting system based on MCS-51 and Bluetooth

WANG Dong-bo QIN Hui-bin DONG Sheng-kui

（Institute of New electronic devices and Applications， Hangzhou Dianzi University，Hangzhou Zhejiang 310018，China）

Abstract：In order to realize convenient and energy-saving intelligent lighting， A simple， new type of family intelligent lighting system is designed. Mobile phone is selected as the terminal control ，MCU chip of STC STC12C5A56- S2 is chosen as the control core， Bluetooth module NVC-MDCS42 of Shanghai NOVACOMM is used as the medium to transmit data， driver chip for DD313 of Silicon Touch Technology Inc. is used as a constant current drive for LED. The system has the features of low power consumption， low cost， and can easily use mobile phone regulator LED color and achieve the effect of the lamp switch.

Key words：STC12C5A56S2；Bluetooth；DD313；LED；mobile phone terminal

隨著人們生活觀念的改變，人們對生活品質的追求也在不斷提高，對家庭生活的便捷、舒適提出了更高的要求，由于住宅智能化技術的不斷發(fā)展，家庭照明作為家庭生活的一個重要部分，也開始走向智能化。

同時，隨著人們的節(jié)能減排意識的提高，LED作為一種新型的綠色光源，相比傳統(tǒng)的照明產品，它具有高效節(jié)能、環(huán)保、顯色性好、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。近年來，世界主要發(fā)達國家及相關大公司均已投入大量資金和人力力爭在數年之內實現半導體白光照明的產業(yè)化。國內目前也有數十家大學、研究機構及公司正在從事大功率LED的研究和開發(fā)，通過國家產業(yè)扶持、臺商加入及國際巨頭的多方推動，LED產業(yè)在我國已具相當規(guī)模。因此，LED智能化照明成為家庭照明發(fā)展的趨勢。

本設計主要針對家庭智能照明的簡單、便捷和節(jié)能性，實現了一種通過手機藍牙無線控制LED照明的方案，具有簡單、實用、易操作等特點，通過實際測試，能夠達到便捷人們的家庭生活的目的。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)基于便捷、易操作性，簡單實現家庭智能照明控制的目的，采用以手機終端為中心的星型網絡拓撲，可以滿足小型的家庭內部智能照明需求。系統(tǒng)總體設計包括：LED藍牙燈設計和手機終端應用設計。系統(tǒng)總體架構如圖1所示。系統(tǒng)功能：該系統(tǒng)以手機終端為網絡核心，可以與多個LED藍牙燈組成星型網絡結構，實現一對多的控制。通過手機終端內置的藍牙搜索周邊環(huán)境的藍牙信號，此時若是周邊環(huán)境有藍牙LED燈，則它會主動向手機終端發(fā)送連接請求。若用戶同意藍牙LED燈的請求，則手機終端就可以通過手機應用軟件對該藍牙LED燈進行調光、控制操作。

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)硬件主要分為以下幾個模塊：電源模塊、MCU控制模塊、藍牙數據傳輸模塊、LED驅動模塊。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

2.1 電源模塊

該模塊為整個系統(tǒng)提供必需的電能。考慮到該電源模塊要內置在LED燈體內部，所以對電源的體積要求比較高，本設計采用開關電源的設計方案，以達到縮小體積的目的。該模塊選用12V，最大1A的開關電源為LED驅動模塊提供必須的電能，并通過低壓差電源轉換芯片ASM1117-3.3V為MCU控制模塊、藍牙數據傳輸模塊提供3.3V電壓。電源模塊原理圖如圖3所示。

2.2 MCU控制模塊

STC12C5A56S2系列單片機是STC生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，有較強的抗干擾能力。本設計采用STC12C5A56S2單片機作為控制核心，主要通過單片機串口與藍牙模組進行數據交互。同時，筆者利用單片機內部的定時器模塊，為LED調光驅動電路提供三個通道的PWM。

2.3 藍牙數據傳輸模塊

該模塊采用上海諾威通公司的藍牙模組NVC-MDCS42作為數據傳輸媒介，通過簡單的外圍電路，可以方便的實現手機與MCU控制模塊的通信。該模組原理圖如圖4所示。由于該藍牙模組支持Bluetooth V2.1協議，支持數據的透明傳輸，有比較完備的AT指令集，發(fā)射功率：+4dBm；接收靈敏度：-84dbm，另有SPI，UART，PIO，AIO多種接口，可方便與MCU進行數據交互。本設計通過該模塊主要實現以下功能：（1）接收手機終端發(fā)送的數據，并通過串口將數據發(fā)送給MCU控制模塊，以便MCU控制模塊獲取手機指令，實現調光。（2）接收MCU控制模塊的查詢、修改指令，并指令返回值返回給MCU控制模塊。

2.4 LED驅動模塊

為了實現LED調光的目的，本設計采用了工業(yè)界比較認可的顏色標準模式，即RGB色彩模式。通過調節(jié)紅（R）、綠（G）、藍（B）三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色。

DD313是專為大功率LED應用設計的恒流驅動芯片。內建三個恒流輸出通道，可透過三個外掛電阻分別設定輸出電流值。并特別設計三個使能端，可方便的獨立控制三路輸出通道的開關時間，切換頻率高達1MHZ。芯片工作電壓5V-18V，我們選擇12V電壓供電，其最大輸出電流500mA，因此我們選用10R的1206封裝的電阻，使得RGB三通道的電流I=0.5V/5R=100mA，滿足大功率的要求。LED驅動模塊原理圖如圖5所示。

MCU控制模塊使用內置的定時器輸出3通道的PWM，來控制DD313三個通道的使能端ENR，ENG，ENB，通過調節(jié)3通道PWM不同占空比的高低電平，控制DD313芯片的三通道恒流輸出端OUTR、OUTG、OUTB電流的大小，實現RGB三基色不同的比率，從而達到控制LED的不同顏色功能。

3 軟件設計

系統(tǒng)軟件設計，需要經過以下幾個步驟：首先進行系統(tǒng)配置初始化（包括MCU定時器、串口的初始化，藍牙模組的初始化），其次，初始化結束后，LED藍牙燈會主動搜索周圍環(huán)境的手機終端發(fā)送連接請求。最后，待用戶同意LED藍牙燈的連接請求后，LED藍牙燈將輪詢檢測是否收到手機終端發(fā)送的命令，進而處理相關的指令。軟件流程圖如圖6所示。

4 手機控制終端應用軟件設計

由于NVC-MDCS42藍牙模組支持BluetoothV2.1協議，在該協議內部，對不同的終端劃分類別不同，所以該藍牙模組對手機終端的識別也有所不同，所以手機控制終端應用軟件，根據不同的平臺，可以分為兩類：一種是基于Android系統(tǒng)的應用軟件，另一種是，基于IOS的應用軟件。不同平臺下，均可實現相關應用軟件的開發(fā)，由于重點在于手機藍牙無線控制LED照明的方案，在此不作介紹。

5 小結

在實際的測試過程中，能夠通過手機終端應用軟件，進行多個藍牙LED燈的調光和控制，同時需要注意LED燈燈體的散熱問題；防止LED驅動電流過大，以免燒壞LED燈珠；藍牙模組采用了陶瓷天線，這有利于縮小體積，便于安裝，但是藍牙信號會有一定的方向性，改用外置全向天線，測試在空曠的環(huán)境可以達到30m左右，在室內環(huán)境下，在室內，可是穿透幾個房間的距離。綜上所述，本設計給出了一種簡單、便捷的家庭智能照明方案，能夠達到便捷人們的家庭照明的目的。

[參考文獻]

[1]丁向榮.STC系列增強型8051單片機原理與應用[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[2]STC12C5A56S2 Datasheet.http：//www.stcmcu.com/.

[3]NVC-MDCS43 Datasheet.http：//www.novacomm.cn/index.php/Index/pdetail/category/1/id/4.

[4]DD313 Datasheet.http：//www.siti.com.tw/product/product6.html.

[5]江燕良.基于Android智能終端的遠程控制系統(tǒng)[J].電子技術應用，2012，38（8）：129-132.

[6]周倩.基于藍牙的數字家庭網絡框架設計研究.長沙理工大學學報，2010.

[7]李偉.基于藍牙通訊的智能家居紅外控制系統(tǒng)的實現[J].電氣傳動自動化，2011，33（2）：38-41.