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        基于STM32的智能無(wú)線LED調(diào)色系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2017-12-23 12:27:37關(guān)蓓蓓李猛劉書(shū)威丁航
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年36期

        關(guān)蓓蓓 李猛 劉書(shū)威 丁航

        摘 要:LED作為新一代綠色環(huán)保光源,因?yàn)榫哂懈咝?、低功耗、?qū)動(dòng)電壓低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),在許多范圍得到了廣泛應(yīng)用,基于LED制作的各種彩燈更是無(wú)處不在。文章依據(jù)三基色原理,采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù),設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)多種顏色變化的LED調(diào)色系統(tǒng),并提出了一種基于NRF24L01的無(wú)線控制方案。該方案以STM32微處理器為主控核心,配置無(wú)線射頻模塊NRF24L01和2.4寸TFT觸摸屏,用軟件編寫(xiě)簡(jiǎn)單的人際界面實(shí)現(xiàn)LED彩燈亮度色彩的變換。該調(diào)色系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用,運(yùn)行良好。

        關(guān)鍵詞:LED彩燈;三基色原理;NRF24L01;STM32處理器

        中圖分類(lèi)號(hào):TN312 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)36-0080-02

        1 概述

        LED(light-emitting diodes),即發(fā)光二極管,是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,當(dāng)兩端加上正向電壓時(shí),根據(jù)不同的固體半導(dǎo)體發(fā)光材料,LED可以直接發(fā)出紅、藍(lán)、綠、黃等不同的顏色。LED因具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電壓較低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。

        本文采用紅、綠、藍(lán)三組LED燈,依據(jù)色彩合成的三基色原理,采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù),設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)多種顏色變換的LED調(diào)色系統(tǒng)。該調(diào)色系統(tǒng)由觸摸屏彩燈控制器和LED三基色彩燈組成,兩者之間通過(guò)NRF24L01無(wú)線射頻模塊進(jìn)行通訊,從而實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線控制LED彩燈,實(shí)現(xiàn)LED彩燈亮度色彩的變換,從而起到增添室內(nèi)氣氛、調(diào)節(jié)心情的作用。

        2 LED調(diào)色原理

        三基色是指紅、綠、藍(lán)三色,人眼對(duì)紅、綠、藍(lán)最為敏感,常見(jiàn)的多數(shù)顏色都是按照紅、綠、藍(lán)三種基本色以不同的比例混合產(chǎn)生的;同樣的原理,常見(jiàn)的絕大多數(shù)單色光也能夠分解成紅、綠、藍(lán)三種基本色光,這就是色度學(xué)的最基本原理,即三基色原理。

        根據(jù)LED燈的發(fā)光原理,一定的直流電壓或脈沖電壓加在LED燈上,能使其正常發(fā)光,要改變LED燈的亮度,可通過(guò)改變直流電流大小或調(diào)節(jié)脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn),若要同時(shí)調(diào)節(jié)多路LED光源的亮度,進(jìn)而調(diào)節(jié)LED光源的顏色,還需要具有三路以上PWM功能的單片機(jī)同時(shí)進(jìn)行三路(三基色)LED燈的亮度的調(diào)節(jié),繼而利用光的三基色合成原理,改變?nèi)庵懈骰墓鈴?qiáng)度,實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的顏色的調(diào)節(jié),同時(shí),通過(guò)對(duì)LED燈發(fā)光周期的控制,實(shí)現(xiàn)LED燈亮度和色彩的周期變換。

        圖1 色度三角形

        3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

        該調(diào)色系統(tǒng)主要由觸摸屏無(wú)線控制器(主控模塊)和LED三基色彩燈(受控模塊)兩部分組成,兩者之間通過(guò)NRF24L01無(wú)線射頻模塊進(jìn)行通訊,實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線控制LED彩燈的色彩變化,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示:

        圖2 系統(tǒng)框圖

        4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        4.1 微處理器模塊

        因?yàn)長(zhǎng)ED燈的調(diào)色工作采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),所以選擇的MCU應(yīng)該具有三路PWM輸出,另外由于系統(tǒng)采用NRF24L01進(jìn)行無(wú)線通信,MCU還應(yīng)該具有SPI接口,綜合以上需要以及低成本、低功耗的需求,微控制器選擇STM32處理器模塊。

        4.2 NRF24L01無(wú)線射頻模塊

        NRF24L01是一種常用于短距離通信的無(wú)線通信器件,該器件內(nèi)部具有無(wú)線收發(fā)器,主要由內(nèi)置的放大器、振蕩器、調(diào)制解調(diào)器等部分組成。NRF24L01的工作頻率為全球通用的開(kāi)放ISM頻段,頻率為2.4GHz,其工作模式有兩種,內(nèi)置SPI通信接口,處理器可以通過(guò)自身具有的SPI通信功能實(shí)現(xiàn)與NRF24L01的連接,具有低功耗、低成本的特點(diǎn)。

        4.3 PT4115驅(qū)動(dòng)電路

        PT4115是一種常用于LED驅(qū)動(dòng)的降壓恒流源,具有連續(xù)的電流電感導(dǎo)通功能,通常能夠驅(qū)動(dòng)多顆LED芯片。PT4115具有寬輸入電壓范圍、輸出電流可調(diào)的特點(diǎn),輸入電壓通常從8V到30V之間,輸出電流最大可達(dá)1.2A。該驅(qū)動(dòng)芯片通過(guò)內(nèi)置的功率開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)LED電流的控制,從而實(shí)現(xiàn)寬范圍的PWM調(diào)光或者模擬調(diào)光,其驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3所示。

        4.4 電源電路

        LED三基色彩燈直接與220V交流市電相連接,經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源變換,輸出直流工作電壓,一路為PT4115驅(qū)動(dòng)模塊提供12V工作電源,另一路經(jīng)過(guò)LM2576-3.3降壓到3.3V提供給STM32處理器及NRF24L01無(wú)線射頻模塊。

        該觸摸屏無(wú)線控制器由電池供電,所以該部分的電源電路采用了電源集成穩(wěn)壓芯片AMS1117,該芯片能夠?qū)㈦姵仉妷悍€(wěn)壓在3.3V,以便更好的提供給微控制器和2.4寸TFT觸摸屏,用于其正常工作。

        5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        5.1 主控模塊程序設(shè)計(jì)

        主控模塊系統(tǒng)啟動(dòng)后,首先完成系統(tǒng)初始化,包括單片機(jī)I/O端口初始化、TFT初始化以及NRF24L01初始化,然后執(zhí)行人機(jī)交互界面函數(shù),選擇完所要實(shí)現(xiàn)的顏色后,通過(guò)NRF24L01將數(shù)據(jù)傳輸給受控模塊,實(shí)現(xiàn)顏色的變化。

        5.2 受控模塊程序設(shè)計(jì)

        受控模塊系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)主控模塊發(fā)生過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)信息處理后,利用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)去控制LED三基色燈發(fā)出各種各樣的顏色,從而達(dá)到炫彩的效果。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        LED作為新一代的高效節(jié)能光源,因?yàn)榫哂泄?jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用到越來(lái)越多的場(chǎng)合,基于LED設(shè)計(jì)的各種彩燈由于其豐富的色彩、價(jià)格低廉等特點(diǎn),在日常生活中的應(yīng)用更是越來(lái)越廣泛。本文設(shè)計(jì)的這套LED調(diào)色系統(tǒng)在發(fā)光亮度調(diào)節(jié)、色彩調(diào)節(jié)等方面具有較好的靈活性,可以應(yīng)用到LED藝術(shù)彩燈的制作當(dāng)中。

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