梁柱杰

【摘 要】臺(tái)燈是人們?nèi)粘９ぷ?、學(xué)習(xí)中經(jīng)常使用的照明裝置，根據(jù)環(huán)境的變化、人們的不同需求，使用時(shí)需要對(duì)臺(tái)燈的亮度、顏色進(jìn)行控制。本文提供了一種基于無(wú)線(xiàn)控制的可調(diào)光智能臺(tái)燈，其電路簡(jiǎn)單，為人們提供了一種更便捷、更高效的臺(tái)燈控制方法，可實(shí)現(xiàn)亮度、顏色的獨(dú)立調(diào)節(jié)，提高用戶(hù)體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】臺(tái)燈；WIFI；nRF24L01；單片機(jī)；PWM

照明設(shè)備廣泛用于日常工作生活中，光照環(huán)境關(guān)乎著人們的生活作息、情感情緒、身體健康，良好的光照環(huán)境有利于提高人們工作、學(xué)習(xí)效率。臺(tái)燈作為移動(dòng)燈具被廣泛應(yīng)用于工作、學(xué)習(xí)和生活中，然而現(xiàn)有的燈具通常需要通過(guò)燈具上的按鍵進(jìn)行控制，一般僅提供有限的亮度供用戶(hù)選擇，不能滿(mǎn)足對(duì)燈光亮度以及顏色要求較高的用戶(hù)。本文設(shè)計(jì)一種通過(guò)無(wú)線(xiàn)控制的可調(diào)光智能臺(tái)燈，可通過(guò)外部無(wú)線(xiàn)信號(hào)對(duì)燈具亮度、顏色進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度地控制，滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。

一、系統(tǒng)主要功能及電路模組

發(fā)光二極管LED是一種半導(dǎo)體器件，利用電流順向流通半導(dǎo)體P-N結(jié)，通過(guò)帶負(fù)電的電子與帶正電的空穴結(jié)合后釋放出光能，由于其發(fā)光效率高、工藝成熟、體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用到照明裝置中。本次設(shè)計(jì)的臺(tái)燈設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)亮度、顏色的遠(yuǎn)程控制，通過(guò)單片機(jī)接收控制無(wú)線(xiàn)信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到控制LED燈的亮度、顏色信號(hào)，由紅色、綠色、藍(lán)色發(fā)光二極管LED組成發(fā)光電路，輸出脈沖寬度調(diào)制PWM信號(hào)控制每路LED導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)亮度、顏色的控制[1]。

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

臺(tái)燈電路主要包括電源電路、單片機(jī)主控電路、WIFI通信電路、LED驅(qū)動(dòng)電路、顯示指示燈電路。其中電源電路與單片機(jī)主控電路、WIFI通信電路、LED驅(qū)動(dòng)電路、顯示指示燈電路連接，LED驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)電路連接，電源電路輸入交流市電220V，將其濾波、整流為L(zhǎng)ED照明電路提供工作電源，同時(shí)通過(guò)降壓穩(wěn)壓電路為單片機(jī)主控電路、WIFI通信電路、顯示指示燈電路提供低壓工作電源。WIFI通信電路通過(guò)天線(xiàn)接收外部無(wú)線(xiàn)控制信號(hào)。

（二）電源電路

電源電路接收市電交流220V，經(jīng)過(guò)交直流變換器為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路提供工作電壓，另一路通過(guò)降壓穩(wěn)壓電路為單片機(jī)電路、WIFI通信電路、顯示指示電路提供低壓工作電壓。由于市電220V交流電中包含許多不穩(wěn)定的毛刺信號(hào)，為了提供較為穩(wěn)定的電源電壓，在交直流變換器中一般會(huì)包括EMI濾波電路、整流濾波電路、PFC恒壓轉(zhuǎn)換電路，其中EMI濾波電路經(jīng)交流電中電磁干擾信號(hào)濾除，整流濾波電路進(jìn)行電路的交流-直流轉(zhuǎn)換、濾波處理，PFC恒壓轉(zhuǎn)換電路為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路提供穩(wěn)定電源電壓。由于單片機(jī)電路、WIFI通信電路等所需電壓較低，在電源電路中設(shè)置降壓穩(wěn)壓電路，對(duì)交直流變換器的輸出電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓處理輸出3.3V低壓信號(hào)。其中降壓穩(wěn)壓電路可選擇使用LM7805穩(wěn)壓電路得到5V穩(wěn)定電壓，根據(jù)WIFI芯片、單片機(jī)所需電壓要求，使用AMS1117穩(wěn)壓電路降壓得到3.3V的電壓。

（三）單片機(jī)電路

單片機(jī)電路主要負(fù)責(zé)接收WIFI通信電路的控制信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)控制各路LED的工作，實(shí)現(xiàn)亮度、顏色的控制。本文中單片機(jī)電路主要使用STC89C52模塊，STC89C52具有成熟的電路方案，功耗低、性能高，與工業(yè)80C51指令和引腳均兼容。該單片機(jī)內(nèi)部下載控制程序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射接收、顯示指示電路、LED驅(qū)動(dòng)電路的控制和顯示。其中單片機(jī)STC89C52的引腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5與無(wú)線(xiàn)通信電路連接，輸出控制信號(hào)、接收無(wú)線(xiàn)控制信號(hào)進(jìn)行工作；單片機(jī)STC89C52的引腳P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別與各路LED驅(qū)動(dòng)電路連接輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)控制各路LED的工作電流。

（四）照明電路的實(shí)現(xiàn)

LED是常用的發(fā)光器件，通過(guò)電子與空穴復(fù)合釋放能量發(fā)光，與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈節(jié)能、環(huán)保、顯色性、響應(yīng)快，在近年來(lái)被廣泛應(yīng)用到日常照明燈具中。LED的核心部分是在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間的PN結(jié)，通過(guò)使用不同的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料，能實(shí)現(xiàn)控制LED發(fā)出不同顏色的光。LED工作時(shí)需要進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，將紅色LED、綠色LED、藍(lán)色LED、白色LED并聯(lián)作為控制臺(tái)燈顏色控制的基礎(chǔ)，單片機(jī)輸出PWM信號(hào)，控制每路LED中開(kāi)關(guān)的打開(kāi)、關(guān)斷時(shí)間段，調(diào)節(jié)每路LED燈的流經(jīng)電路實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈亮度控制[2]。照明電路如圖所示：

（五）無(wú)線(xiàn)通信模塊的實(shí)現(xiàn)

隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，智能家居的功能更為多樣，WIFI被廣泛用于家庭電器的控制。在本臺(tái)燈設(shè)計(jì)中，人們可以根據(jù)手持紅外遙控器、手機(jī)APP使用WIFI連接遠(yuǎn)程傳輸臺(tái)燈控制信號(hào)，來(lái)控制臺(tái)燈的亮度以及顏色。WIFI芯片采用由挪威NORDIC生產(chǎn)的nRF24L01芯片，nRF24L01是市場(chǎng)上最為偏移的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊之一，支持2.4GHz-2.5GHz的ISM頻段收發(fā)，是高度集成電路的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片，內(nèi)置有調(diào)制器、頻率合成器、晶振、功率放大器等，其收發(fā)電路較為簡(jiǎn)單，輸出功率、頻率通道和協(xié)議設(shè)置均可通過(guò)SPI接口編程控制，電流消耗低只有9.0mA，在Rx模式下輸出功率僅為-6dBm、電流為12.3mA，并內(nèi)置電源關(guān)閉和待機(jī)模式使其更容易實(shí)現(xiàn)省電模式。

nRF24L1通過(guò)數(shù)字輸出引腳IRQ、數(shù)字輸出引腳MISO、數(shù)字輸入引腳MOSI、數(shù)字輸入引腳SCK、數(shù)字輸入引腳CSN、以及數(shù)字輸入引腳CE與單片機(jī)STC89C52連接，STC89C52通過(guò)CE引腳控制nRF24L1的工作模式，接收無(wú)線(xiàn)控制信號(hào)。

（六）顯示指示電路

顯示指示電路與單片機(jī)電路連接，其中包括綠色指示燈、黃色指示燈，綠色指示燈表示設(shè)備正常工作，在接收到控制信號(hào)時(shí)黃色指示燈閃爍表示正在接收控制信號(hào)。

二、電路工作方法

三、結(jié)束語(yǔ)

目前，主要使用的臺(tái)燈一般使用在裝置上設(shè)置的檔位進(jìn)行控制，調(diào)光亮度、顏色只能選擇幾種內(nèi)置的模式，功能簡(jiǎn)單，不能滿(mǎn)足人們對(duì)更多亮度、顏色的需求，當(dāng)用戶(hù)遠(yuǎn)離臺(tái)燈時(shí)不便于對(duì)燈具進(jìn)行控制。本文提供了一種簡(jiǎn)便的無(wú)線(xiàn)控制的可調(diào)光智能臺(tái)燈，通過(guò)遙控器、手機(jī)等無(wú)線(xiàn)設(shè)備，可大范圍地調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度、顏色，且亮度、顏色控制獨(dú)立，調(diào)節(jié)亮度不影響顏色的變化，大大方便用戶(hù)的生活和學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]苗紫民，等.“WIFI智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)”[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2021，17（14）：217-219+230.

[2]江武志，等.“基于年RF4L01的小車(chē)自動(dòng)識(shí)別紅綠燈的設(shè)計(jì)”[J].汽車(chē)零部件，2011（10）：82-84.