手機藍牙遙控大功率的調(diào)光調(diào)色的LED燈的設計

　　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)相關人士也紛紛進行研究?？紤]到Hue是采用WiFi無線控制，而國內(nèi)WiFi并未普及，本研究采用更普遍的藍牙技術，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

　　PWM調(diào)光是一種利用簡單的數(shù)字脈沖，反復開關LED驅動器的調(diào)光技術。應用者的系統(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，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，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，F(xiàn)pwm=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 藍牙技術基礎

　　藍牙的創(chuàng)始人是瑞典愛立信公司，藍牙技術是一種無線數(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，為固定與移動設備通信環(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。［1］

　　藍牙技術由三部分組成，包括藍牙無線電技術、藍牙協(xié)議棧和藍牙互操作性。

　　3.1.1 藍牙無線電技術

　　藍牙無線電工作在全球通用的2 。 4 G H zISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段，支持全雙工傳輸，使用IEEE802.15協(xié)議。藍牙設備即連即用，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定義了設備管理功能性；②服務發(fā)現(xiàn)應用Profiles定義了服務發(fā)現(xiàn)方面的內(nèi)容；③串口Profiles定義了互操作設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控制標準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，自適應跳頻技術，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設計

　　4.1 藍牙連接相關程序設計

　　首先，初始化本地藍牙設備，建立LocalDevice類，包括取得本地設備實例、藍牙名稱、設置發(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，尋找默認藍牙設備，打開藍牙。

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

　　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備上，創(chuàng)建public int BTS_Finish（）類函數(shù)結束藍牙通信，最后創(chuàng)建接收ACTION_FOUND廣播的BroadcastReceiver privatefinal BroadcastReceiver mReceiver=newBroadcastReceiver（）。

　　4.2 控制信號相關程序設計

　　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.單片機控制信號設計

　　5.1 硬件電路設計

　　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，RXD與P3.1相連，實現(xiàn)藍牙串口通信連接，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電源驅動隔離，避免了單片機帶負載能力弱的缺點，以實現(xiàn)驅動大功率LED.