藍(lán)牙多功能智能燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，現(xiàn)代化與科技化也逐漸在日常生活中凸顯，智能家居理念也越來(lái)越受大眾所推崇。本文基于智能生活理念，設(shè)計(jì)了一款利用藍(lán)牙技術(shù)的多功能智能燈，通過(guò)手機(jī)等無(wú)線終端，可以對(duì)智能燈進(jìn)行定時(shí)開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、光色調(diào)節(jié)等控制。本設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便，智能環(huán)保，應(yīng)用廣泛。隨著科技的不斷進(jìn)步，人民生活水平不斷提高，電器也在人們的日常生活中普及，傳統(tǒng)的家居燈功能單一、操控性固化，已漸漸難以滿足人們對(duì)家居環(huán)境的體驗(yàn)需求，同時(shí)傳統(tǒng)燈不能根據(jù)周圍環(huán)境而合理的調(diào)節(jié)而造成了巨大的能源浪費(fèi)。多功能智能燈將無(wú)線控制系統(tǒng)融入到日常生活，方便了人們的日常生活，增強(qiáng)了人們對(duì)科技的體驗(yàn)感。在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，通過(guò)手機(jī)等無(wú)線設(shè)備與智能燈進(jìn)行連接，設(shè)定燈的開關(guān)時(shí)間、光的強(qiáng)弱、光色調(diào)節(jié)，智能燈也能根據(jù)環(huán)境變化而自我調(diào)節(jié)光強(qiáng)，降低了能源損耗，最大程度滿足人們智能生活的需求。
1總體設(shè)計(jì)
該智能燈控制系統(tǒng)以STM32F103芯片為核心控制芯片，控制系統(tǒng)的組成模塊電路包括：電壓轉(zhuǎn)化電路、STM32F103最小系統(tǒng)電路、藍(lán)牙接收電路、光敏傳感器電路。系統(tǒng)控制程序采用C語(yǔ)言編程。當(dāng)智能燈與無(wú)線設(shè)備進(jìn)行藍(lán)牙連接后，無(wú)線設(shè)備向智能燈發(fā)送指令，藍(lán)牙接收到指令后遞交給核心處理器進(jìn)行相應(yīng)的功能操作。
2系統(tǒng)組成電路設(shè)計(jì)
2.1STM32F103芯片
STM32F103芯片屬于Cortex—M3內(nèi)核的32位ARM微控制器，F(xiàn)lash選用64k，其芯片集成定時(shí)器、ADC、UART等多種功能。選用該款芯片能夠直接提供所需的定時(shí)器、串口、IO等資源，利用PWM占空比進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)節(jié)，能夠接收和處理藍(lán)牙收到的數(shù)據(jù)，同時(shí)該款芯片還有功耗低的特點(diǎn)。
2.2電源模塊
對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)而言電源模塊是基礎(chǔ)，其作用是給整個(gè)系統(tǒng)提供正常工作所需要的穩(wěn)定、可靠的電壓，要滿足系統(tǒng)中不同模塊對(duì)應(yīng)的需求，使核心控制系統(tǒng)和外拓展模塊正常穩(wěn)定工作。在該系統(tǒng)中則需要將標(biāo)準(zhǔn)的220V家用電轉(zhuǎn)換成為STM32F103芯片工作的3.3V電壓和藍(lán)牙模塊（HC-05）所需的5V電壓。對(duì)于電源模塊電路要求也是相對(duì)較高，在該電路制作中選用LM7805和TPS7333兩款電源芯片，用于設(shè)計(jì)線性穩(wěn)壓電源模塊電路，相對(duì)其他電路而言，該款電路輸出電壓質(zhì)量高、文波小。為解決該種電路在電壓差較大變換效率低的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)上則先由220V電壓變換為12V電壓，12V再經(jīng)線性穩(wěn)壓電源變換為3.3V。在CAD繪制完電路并印刷成電路板后，則需實(shí)際測(cè)量輸出電壓大小及其波形。
2.3藍(lán)牙收發(fā)電路
現(xiàn)階段我國(guó)智能手機(jī)已經(jīng)普及，絕大部分手機(jī)也有藍(lán)牙功能，使用起來(lái)也比較便捷，將手機(jī)等無(wú)線設(shè)備當(dāng)做主機(jī)，將智能燈端作為從機(jī)，將控制系統(tǒng)與手機(jī)進(jìn)行無(wú)線連接，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送不同的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功能的控制。在整個(gè)控制系統(tǒng)中搭建無(wú)線模塊時(shí)，可選用市面上常見的HC-05藍(lán)牙模塊，對(duì)手機(jī)發(fā)送的信息的存儲(chǔ)和處理則需要利用STM32F103芯片的UART1資源。在硬件電路上對(duì)藍(lán)牙進(jìn)行穩(wěn)壓供電后，可直接將其RX、TX端口連接到STM32F103芯片的UART1資源配置端口RX1、TX1G，組合搭建出藍(lán)牙接收模塊電路。
2.4調(diào)光電路
在對(duì)智能燈亮度控制調(diào)節(jié)時(shí)，主要有兩種方式：（1）光敏電路調(diào)節(jié)。將光敏電阻等光敏元器件并聯(lián)在燈泡的主路上，當(dāng)光照變強(qiáng)時(shí)阻值增大、串聯(lián)端電壓減小、主電路中電流也減小，智能燈亮度變?nèi)酢Ｔ谥麟娐分屑由祥_關(guān)，手動(dòng)選擇是否需要根據(jù)周圍環(huán)境的光的強(qiáng)度的變化而自動(dòng)改變小燈的亮度。該種控制方式可用于夜燈模式，早晨時(shí)，外界亮度逐漸變強(qiáng)，小燈的亮度逐漸變?nèi)酰M可能的降低能耗。（2）PWM調(diào)節(jié)。該種調(diào)光方式則為軟件調(diào)光，設(shè)定STM32F103芯片與智能燈連接的IO口方波輸出頻率，藍(lán)牙接收值為一個(gè)固定輸出周期內(nèi)高電頻時(shí)間，手機(jī)端向藍(lán)牙發(fā)送不同數(shù)據(jù)，改變高電平在一周期占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈泡亮度的控制。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
智能燈控制系統(tǒng)軟件程序?yàn)镃語(yǔ)言，在Keil5軟件上進(jìn)行編寫和調(diào)試。在整個(gè)軟件中主要對(duì)時(shí)鐘、串口、IO口、PWM電壓、中斷進(jìn)行設(shè)置。軟件設(shè)計(jì)流程：（1）對(duì)STM32F103芯片IO口進(jìn)行配置，連接小燈，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)；（2）配置定時(shí)器。初始化定時(shí)器1數(shù)據(jù)，編寫定時(shí)器中斷并配置其參數(shù)。（3）配置串口，設(shè)置對(duì)應(yīng)的波特率，配對(duì)好藍(lán)牙協(xié)議。將配置好的串口連接HC-05模塊先與串口調(diào)試助手進(jìn)行連接，測(cè)試藍(lán)牙的連通性，觀察收發(fā)數(shù)據(jù)是否正常。（4）設(shè)置小燈所連接IO口的PWM波。設(shè)定PWM周期20kHz，調(diào)節(jié)高低電平分布時(shí)間，改變占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)小燈亮度的調(diào)節(jié)。（5）設(shè)置手機(jī)端的藍(lán)牙控制界面，編寫控制功能及其指令，對(duì)應(yīng)到程序中的相關(guān)參數(shù)。（6）測(cè)試手機(jī)到藍(lán)牙指令的功能控制，并觀察智能燈對(duì)應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)。終端控制軟件使用SPP藍(lán)牙串口（APP），在使用智能燈前先需下載該款軟件，它能夠使用手機(jī)等無(wú)線設(shè)備的藍(lán)牙與智能燈端藍(lán)牙進(jìn)行連接，并通過(guò)藍(lán)牙將編輯的指令發(fā)送到智能燈控制芯片上來(lái)控制燈的狀態(tài)。在手機(jī)APP終端可自由編輯所要發(fā)送的指令，并以類似按按鈕的形式向智能燈發(fā)送指令，無(wú)線操控智能燈編號(hào)的選擇、開關(guān)狀態(tài)、亮度、開或關(guān)的定時(shí)，同時(shí)智能燈也會(huì)將自己狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送反饋到手機(jī)控制終端上。總結(jié)：智能燈目前還僅僅是小規(guī)模的應(yīng)用，但隨著科技發(fā)展、生活水平的的提高，智能家居理念慢慢普及，智能燈在未來(lái)有著良好的應(yīng)用前景。本文基于藍(lán)牙設(shè)計(jì)的多功能智能燈對(duì)傳統(tǒng)的電燈而言，控制方式有了極大地改善，同時(shí)對(duì)其功能進(jìn)行了拓寬，將藍(lán)牙的無(wú)線操控引入到了對(duì)燈的控制，增強(qiáng)產(chǎn)品科技體驗(yàn)感，智能燈能感應(yīng)諸位環(huán)境亮度變化而調(diào)節(jié)自身亮度，降低了能源損耗同時(shí)便捷了人們的生活。
作者：黃泰 邱威 賈巍 單位：湖北文理學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院