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        一種用手機藍牙控制開關(guān)及亮度的LED燈方案設計

        2018-01-31 17:40:36胡進晗
        考試周刊 2017年73期
        關(guān)鍵詞:智能手機

        摘 要: 隨著手機的便利性,越來越多的使用者傾向于通過手機來控制家庭電器開關(guān)。本文主要研究安卓智能手機通過藍牙通訊控制LED燈的方案可行性以及各個模塊的設計實現(xiàn)。通過在LED燈內(nèi)部設計安裝藍牙模塊和智能手機應用的通訊,從而達到對LED燈進行開關(guān)及亮度控制的目的。

        關(guān)鍵詞: 智能手機;藍牙通訊;LED燈

        一、 前言

        隨著手機的普及率提高,大多數(shù)成年人晚上睡覺前都有躺在床上看手機的習慣,對于床頭沒有吊燈開關(guān)的房間,需要下床去關(guān)燈很不方便,而直接用手機控制吊燈就比較方便。另外如果關(guān)了房間燈在黑暗中看手機,會因為手機強光直射眼睛,誘發(fā)嚴重的眼睛疾病或?qū)е率?,因此保證適宜的環(huán)境亮度也是健康使用手機的關(guān)鍵。

        綜合以上,采用手機實現(xiàn)房間燈的開關(guān)、亮度控制,從其實用性、便利性以及提高生活品質(zhì)等方面已經(jīng)成為未來的一個方向,另外采用高效的LED燈也為了環(huán)保節(jié)能;藍牙技術(shù)是一種短距離、低成本的通訊技術(shù),對于本文描述的手機通過藍牙控制LED燈的場景應用具有普遍意義及實用性,且有利于最終產(chǎn)品的民用推廣。

        二、 硬件設計

        第一、 硬件由如下四部分組成:

        1. 電源模塊,由兩節(jié)5號電池(1.5V)串聯(lián)而成,給整個系統(tǒng)提供3伏直流電;

        2. 控制模塊,由一個單片機(MCU)及其外圍電路組成;其中單片機內(nèi)部燒錄了程序軟件,可以通過通訊口解析下述藍牙模塊發(fā)來的命令;本項目使用STC的STC12LE5201AD單片機。該單片機指令完全兼容8051 CPU,SSOP20封裝,2.2V~3.6V供電,內(nèi)置1KB程序空間,256B的RAM,有一路串口,有兩路PWM輸出;

        3. SPP藍牙模塊,由一塊藍牙模塊組成,該模塊僅有4根接線,其中2根為3伏電源和地線,另外兩根是和控制模塊通訊用的數(shù)據(jù)線,通訊接口使用串口(UART);

        4. LED燈及驅(qū)動部分,由一顆高亮度LED燈及其電路構(gòu)成;LED燈規(guī)格為3.0V,350mA,需要三極管放大電流再控制MOS管開關(guān),LED_PWM0連接單片機的18腳。單片機輸出高電平則LED燈亮,低電平則LED燈滅;

        第二、 系統(tǒng)實現(xiàn)原理

        本發(fā)明是基于標準SPP藍牙模塊,該模塊的特點是手機連接藍牙后發(fā)送的命令完全透明,也即手機端發(fā)的任何信息都可以在模塊串口輸出,單片機通過串口和藍牙模塊溝通。其中手機端安裝一款通用的應用程序(APP),目前僅支持安卓手機下載,應用名稱為藍牙串口.APK;因此可以將開燈、關(guān)燈、亮度調(diào)整的數(shù)據(jù)通過藍牙發(fā)給單片機的串口,單片機通過軟件解析出串口的命令,并執(zhí)行相應的動作即可。

        其中開燈、關(guān)燈控制,單片機相應輸出高電平、低電平即可,對應手機按鍵1、按鍵2;

        亮度調(diào)整,手機應用采用第一個滑條控制,最左面為最暗,最右面為最亮;

        單片機接收到上述串口命令后,會輸出一定頻率的脈寬可調(diào)整信號(PWM),為避免人眼感覺到燈光明顯得閃爍,開關(guān)頻率不宜過低,實際在10kHz以上。如果要求亮度高則高電平寬度增加,要求亮度低則高電平寬度減小,也即通過調(diào)整PWM的占空比來改變亮度。

        三、 軟件設計

        第一、 軟件串口協(xié)議規(guī)范:

        開燈:按鍵1發(fā)送的命令,16進制數(shù)據(jù)為:A5 5A 04 B1 B5 AA;

        關(guān)燈:按鍵2發(fā)送的命令,16進制數(shù)據(jù)為:A5 5A 04 B2 B6 AA;其中0×A5,0×5A為數(shù)據(jù)包頭,作為識別數(shù)據(jù)開始的標識;0×04表示后面數(shù)據(jù)長度為4字節(jié);0×B1為命令字節(jié),表示開燈;0×B5為校驗和,0×04+0×B1=0×B5,如果超過一字節(jié)則只保留一字節(jié);0×AA為包尾,作為數(shù)據(jù)包結(jié)束的標志。

        亮度調(diào)整,手機滑動條發(fā)送的命令,16進制數(shù)據(jù)格式為:A5 5A 05 F1 00 F6 AA,其中0×00 0×F6為可變項,是實際亮度信息。前面0×A5,0×5A仍然為數(shù)據(jù)包頭;0×05表示后面數(shù)據(jù)長度為5字節(jié);0×F3為命令字節(jié),表示調(diào)整亮度;第4字節(jié)是亮度信息,0×00表示最暗,0×FF表示最亮,亮度信息從0到0×FF共255級調(diào)整;0×F6為校驗和,0×05+0×F1+0×00=0×F6;0×AA為包尾。

        第二、 軟件設計流程:

        1. 開始、上電初始化

        2. 串口接收命令,如果是開燈命令,單片機18腳常輸出高電平;

        3. 如果是關(guān)燈命令,單片機18腳常輸出低電平;

        4. 如果是亮度信息,單片機18腳輸出相應占空比的PWM信號;

        程序代碼文中省略;

        四、 項目創(chuàng)新及意義

        本項目把家庭燈光的控制巧妙地和手機藍牙聯(lián)系起來,不僅能夠控制電燈的開、關(guān),而且能夠調(diào)整燈光的亮度,其中把亮度分為0~255共256個等級,這樣細分的結(jié)果是每個人都可以個性化調(diào)整自己需要的亮度,能最大保證房間內(nèi)的光線舒適性,不至于因為強光刺眼,或者光線太暗而影響視力。目前文獻及搜索到的資料顯示市面上僅有藍牙控制的開關(guān),并沒有亮度調(diào)整功能。

        五、 后期展望

        目前本發(fā)明暫未接入220伏交流電,僅用3伏干電池控制LED燈作為演示。將來使用220伏交流供電以及大功率燈泡驅(qū)動后可以投入民用。

        另外本發(fā)明僅控制單個LED燈的開關(guān)、亮度,后期可以采用紅色、綠色、藍色三色燈組合,三個燈分別控制。根據(jù)三基色原理,紅色+藍色=品紅,紅色+綠色=黃色,綠色+藍色=青色,紅色+綠色+藍色=白色,每個燈的亮度有255個狀態(tài),可以組合出255×255×255≈1600萬種顏色,這樣每個人家里的燈都是獨一無二的顏色,既展現(xiàn)了個性又極具格調(diào)。

        參考文獻:

        [1]孫育才.MSC51系列單片微型計算機機器應用(第三版)[M].

        [2]SPPCA藍牙模塊技術(shù)手冊.

        [3]STC12LE5201AD單片機數(shù)據(jù)資料.

        作者簡介:

        胡進晗,甘肅省白銀市靖遠縣第一中學。endprint

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