手机蓝牙�？卮蠊β实牡鞴獾魃腖ED灯的设计
发布日期:2023-05-12
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1.引言
随着，2012年10月30日飞利浦在AppleStore出售最新的高科技Hue系列LED灯，并且只会交由苹果出售。Hue系列将是完全可有自定义的，并且通过一个灯泡内红蓝绿三原色的LED可以混合出1600万种颜色的灯光。整个过程完全由iPhone上的App来进行控制。从而引发了智能灯控发展的新思考，国内相关人士也纷纷进行研究。考虑到Hue是采用WiFi无线控制，而国内WiFi并未普及，本研究采用更普遍的蓝牙技术，采用手机蓝牙与单片机通信产生可调占空比PWM波信号控制LED驱动电路实现LED的调光和DIY调色。
2.脉冲宽制（PWM）调光技术
PWM调光是一种利用简单的数字脉冲，反复开关LED驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节LED的亮度。PWM调光的优点在于调光范围大，只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码，PWM调光可以在精确控制LED的亮度的同时，也保证LED发光的色度。
2.1 脉冲宽制（PWM）调光原理
利用人眼睛视觉惰性，按固定频率操作占空比实现LED亮度调节，只要调光比即PWM波频率大于200Hz人眼就不会感觉到LED的闪烁。具体调光实现，通过控制LED的亮灭时间，从而控制LED亮度，从电力学来看就是控制一定周期内电流的有效值。这种方法在改变电流有效值大小的同时不改变电压和电流的大小，这样就保证了LED的发光色度，这是模拟调光和可控硅调光无法实现的。
2.2 占空比
占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。
Ts为脉冲周期，Tw为脉冲宽度
占空比τ=Tw/Ts×100.
占空比的解释可以归纳为如下几种：
1）在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。
2）在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。
3）在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。
也就是电路释放能量的有效时间与总释放时间的比。
2.3 调光比
调光比则是按下面的方法计算：
Foper=工作频率，Fpwm=调光频率，调光比率=Foper/Fpwm
其实也就是调光的最低有效占空比，比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz，则调光比为：100k/200=500.
3.蓝牙�？樽槌�
3.1 蓝牙技术基础
蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基�。潭ㄓ胍贫璞竿ㄐ呕肪辰⒁桓鎏乇鹆�。手机之间通过蓝牙实现数据共享已成为常理，将手机变身为�？仄魑嗣堑纳畲次尴薹奖恪＃�1］
蓝牙技术由三部分组成，包括蓝牙无线电技术、蓝牙协议栈和蓝牙互操作性。
3.1.1 蓝牙无线电技术
蓝牙无线电工作在全球通用的2 。 4 G H zISM（即工业、科学、医学）频段，支持全双工传输，使用IEEE802.15协议。蓝牙设备即连即用，抗干扰能力强、使用方便［2］
3.1.2 蓝牙协议栈
蓝牙协议栈包含一个软件栈和一个硬件栈。蓝牙硬件协议栈由蓝牙硬件提供，蓝牙软件协议栈由软件实现。蓝牙软件协议栈提供Java蓝牙API给程序开放人员使用。
3.1.3 蓝牙互操作性
蓝牙互操作性包括三方面内容：①通用访问Profile定义了设备管理功能性；②服务发现应用Profiles定义了服务发现方面的内容；③串口Profiles定义了互操作设备和模拟串口电缆的能力3.2 HC-O6蓝牙�？�
BC04外置8M Flash，带EDR�？镠C-06为民用级，兼容HC-04工业级。其中，HC-06�？榈腡X管脚跟STC15F204EA单片机的P3.0管脚相接，RX管脚跟P3.1接。HC-06�？榻邮帐只朔⒗吹氖荩缓笤谕ü赥R，TX管脚与单片机通信。
蓝牙2.0带EDR，2Mbps-3Mbps调制度，内置2.4GHz天线，外置8Mbit FLASH，低电压3.3V工作（3.1V~4.2V）配对时30~40MA波动，配对完毕通信8MA，可选PIO控制标准HCI端口（UART or USB），数字2.4GHz无线收发射，CSR BC04蓝牙芯片技术，自适应跳频技术，蓝牙Class 2功率级别，工作温度为-25至+75，协波干扰为2.4MHz，发射功率3dBm，有效控制距离为10m.
4.手机APP设计
4.1 蓝牙连接相关程序设计
首先，初始化本地蓝牙设备，建立LocalDevice类，包括取得本地设备实例、蓝牙名称、设置发现模式、获得发现代理。创建public int BTS_Init（）类函数，实现蓝牙初始化判断，寻找默认蓝牙设备，打开蓝牙。
启动蓝牙设备搜索，创建public voidBTS_StartScan（）类函数，开始寻找从机蓝牙设备，注册搜寻函数，创建public int BTS_ConnectToDevice（String DeviceAddress）类函数，实现连接到一个指定的蓝牙设备。
创建public int BTS_SendDates（Stringbuffer）类函数实现字符串发送到已连接好的蓝牙设备上，创建public int BTS_Finish（）类函数结束蓝牙通信，最后创建接收ACTION_FOUND广播的BroadcastReceiver privatefinal BroadcastReceiver mReceiver=newBroadcastReceiver（）。
4.2 控制信号相关程序设计
首先创建一个用于控制信号的类publicclass PwmcontrolActivity extends Activity{}，里面包含创建界面的类函数public voidonCreate（BundlesavedIn stan ceState）{}，发送控制信号类函数public void onStop TrackingTouch（SeekBar seekBar）{}。
创建类class InitThread extends Thread{}，实现资源加载线程，里面创建用于四路信号之间转换的public InitThread（PwmcontrolActivity act）{}类函数，实现与蓝牙程序接口的public void run（）线程体，用于软件退出的类函数public booleanonKeyDown（int keyCo de，KeyEvent event）。
5.单片机控制信号设计
5.1 硬件电路设计
系统框图如图1所示，本硬件电路采用STC15F204EA单片机为主控器，CH-06蓝牙�？榈腡XD与单片机11管脚P3.0连接，RXD与P3.1相连，实现蓝牙串口通信连接，从P1.0，P1.1，P1.2，P1.3四个口输出四路可调占空比的PWM信号，采用一个L298芯片将单片机控制信号和LED电源驱动隔离，避免了单片机带负载能力弱的缺点，以实现驱动大功率LED.
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