基于MCS—51和藍(lán)牙的家庭智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王東波 秦會(huì)斌 董勝奎

摘 要：針對(duì)家庭智能照明的便捷性和節(jié)能性，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、新型的家庭智能照明系統(tǒng)。系統(tǒng)以手機(jī)為控制終端，以STC的STC12C5A56S2單片機(jī)作為控制核心，利用上海諾威通公司的藍(lán)牙模組NVC-MDCS42作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，以臺(tái)灣點(diǎn)晶科技的DD313驅(qū)動(dòng)芯片作為L(zhǎng)ED的恒流驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單的家庭智能照明系統(tǒng)，達(dá)到可通過(guò)手機(jī)終端調(diào)節(jié)LED顏色變化以及開(kāi)關(guān)燈的效果。

關(guān)鍵詞：STC12C5A56S2；藍(lán)牙；DD313；LED；手機(jī)終端

Design of home intelligent lighting system based on MCS-51 and Bluetooth

WANG Dong-bo QIN Hui-bin DONG Sheng-kui

（Institute of New electronic devices and Applications， Hangzhou Dianzi University，Hangzhou Zhejiang 310018，China）

Abstract：In order to realize convenient and energy-saving intelligent lighting， A simple， new type of family intelligent lighting system is designed. Mobile phone is selected as the terminal control ，MCU chip of STC STC12C5A56- S2 is chosen as the control core， Bluetooth module NVC-MDCS42 of Shanghai NOVACOMM is used as the medium to transmit data， driver chip for DD313 of Silicon Touch Technology Inc. is used as a constant current drive for LED. The system has the features of low power consumption， low cost， and can easily use mobile phone regulator LED color and achieve the effect of the lamp switch.

Key words：STC12C5A56S2；Bluetooth；DD313；LED；mobile phone terminal

隨著人們生活觀念的改變，人們對(duì)生活品質(zhì)的追求也在不斷提高，對(duì)家庭生活的便捷、舒適提出了更高的要求，由于住宅智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭照明作為家庭生活的一個(gè)重要部分，也開(kāi)始走向智能化。

同時(shí)，隨著人們的節(jié)能減排意識(shí)的提高，LED作為一種新型的綠色光源，相比傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品，它具有高效節(jié)能、環(huán)保、顯色性好、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來(lái)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家及相關(guān)大公司均已投入大量資金和人力力爭(zhēng)在數(shù)年之內(nèi)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體白光照明的產(chǎn)業(yè)化。國(guó)內(nèi)目前也有數(shù)十家大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)及公司正在從事大功率LED的研究和開(kāi)發(fā)，通過(guò)國(guó)家產(chǎn)業(yè)扶持、臺(tái)商加入及國(guó)際巨頭的多方推動(dòng)，LED產(chǎn)業(yè)在我國(guó)已具相當(dāng)規(guī)模。因此，LED智能化照明成為家庭照明發(fā)展的趨勢(shì)。

本設(shè)計(jì)主要針對(duì)家庭智能照明的簡(jiǎn)單、便捷和節(jié)能性，實(shí)現(xiàn)了一種通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙無(wú)線控制LED照明的方案，具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、易操作等特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，能夠達(dá)到便捷人們的家庭生活的目的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于便捷、易操作性，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)家庭智能照明控制的目的，采用以手機(jī)終端為中心的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以滿(mǎn)足小型的家庭內(nèi)部智能照明需求。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括：LED藍(lán)牙燈設(shè)計(jì)和手機(jī)終端應(yīng)用設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)功能：該系統(tǒng)以手機(jī)終端為網(wǎng)絡(luò)核心，可以與多個(gè)LED藍(lán)牙燈組成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的控制。通過(guò)手機(jī)終端內(nèi)置的藍(lán)牙搜索周邊環(huán)境的藍(lán)牙信號(hào)，此時(shí)若是周邊環(huán)境有藍(lán)牙LED燈，則它會(huì)主動(dòng)向手機(jī)終端發(fā)送連接請(qǐng)求。若用戶(hù)同意藍(lán)牙LED燈的請(qǐng)求，則手機(jī)終端就可以通過(guò)手機(jī)應(yīng)用軟件對(duì)該藍(lán)牙LED燈進(jìn)行調(diào)光、控制操作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要分為以下幾個(gè)模塊：電源模塊、MCU控制模塊、藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

2.1 電源模塊

該模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供必需的電能?？紤]到該電源模塊要內(nèi)置在LED燈體內(nèi)部，所以對(duì)電源的體積要求比較高，本設(shè)計(jì)采用開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到縮小體積的目的。該模塊選用12V，最大1A的開(kāi)關(guān)電源為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)模塊提供必須的電能，并通過(guò)低壓差電源轉(zhuǎn)換芯片ASM1117-3.3V為MCU控制模塊、藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊提供3.3V電壓。電源模塊原理圖如圖3所示。

2.2 MCU控制模塊

STC12C5A56S2系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，有較強(qiáng)的抗干擾能力。本設(shè)計(jì)采用STC12C5A56S2單片機(jī)作為控制核心，主要通過(guò)單片機(jī)串口與藍(lán)牙模組進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，筆者利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器模塊，為L(zhǎng)ED調(diào)光驅(qū)動(dòng)電路提供三個(gè)通道的PWM。

2.3 藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊采用上海諾威通公司的藍(lán)牙模組NVC-MDCS42作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，通過(guò)簡(jiǎn)單的外圍電路，可以方便的實(shí)現(xiàn)手機(jī)與MCU控制模塊的通信。該模組原理圖如圖4所示。由于該藍(lán)牙模組支持Bluetooth V2.1協(xié)議，支持?jǐn)?shù)據(jù)的透明傳輸，有比較完備的AT指令集，發(fā)射功率：+4dBm；接收靈敏度：-84dbm，另有SPI，UART，PIO，AIO多種接口，可方便與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本設(shè)計(jì)通過(guò)該模塊主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）接收手機(jī)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU控制模塊，以便MCU控制模塊獲取手機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)調(diào)光。（2）接收MCU控制模塊的查詢(xún)、修改指令，并指令返回值返回給MCU控制模塊。

2.4 LED驅(qū)動(dòng)模塊

為了實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光的目的，本設(shè)計(jì)采用了工業(yè)界比較認(rèn)可的顏色標(biāo)準(zhǔn)模式，即RGB色彩模式。通過(guò)調(diào)節(jié)紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來(lái)得到各式各樣的顏色。

DD313是專(zhuān)為大功率LED應(yīng)用設(shè)計(jì)的恒流驅(qū)動(dòng)芯片。內(nèi)建三個(gè)恒流輸出通道，可透過(guò)三個(gè)外掛電阻分別設(shè)定輸出電流值。并特別設(shè)計(jì)三個(gè)使能端，可方便的獨(dú)立控制三路輸出通道的開(kāi)關(guān)時(shí)間，切換頻率高達(dá)1MHZ。芯片工作電壓5V-18V，我們選擇12V電壓供電，其最大輸出電流500mA，因此我們選用10R的1206封裝的電阻，使得RGB三通道的電流I=0.5V/5R=100mA，滿(mǎn)足大功率的要求。LED驅(qū)動(dòng)模塊原理圖如圖5所示。

MCU控制模塊使用內(nèi)置的定時(shí)器輸出3通道的PWM，來(lái)控制DD313三個(gè)通道的使能端ENR，ENG，ENB，通過(guò)調(diào)節(jié)3通道PWM不同占空比的高低電平，控制DD313芯片的三通道恒流輸出端OUTR、OUTG、OUTB電流的大小，實(shí)現(xiàn)RGB三基色不同的比率，從而達(dá)到控制LED的不同顏色功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：首先進(jìn)行系統(tǒng)配置初始化（包括MCU定時(shí)器、串口的初始化，藍(lán)牙模組的初始化），其次，初始化結(jié)束后，LED藍(lán)牙燈會(huì)主動(dòng)搜索周?chē)h(huán)境的手機(jī)終端發(fā)送連接請(qǐng)求。最后，待用戶(hù)同意LED藍(lán)牙燈的連接請(qǐng)求后，LED藍(lán)牙燈將輪詢(xún)檢測(cè)是否收到手機(jī)終端發(fā)送的命令，進(jìn)而處理相關(guān)的指令。軟件流程圖如圖6所示。

4 手機(jī)控制終端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

由于NVC-MDCS42藍(lán)牙模組支持BluetoothV2.1協(xié)議，在該協(xié)議內(nèi)部，對(duì)不同的終端劃分類(lèi)別不同，所以該藍(lán)牙模組對(duì)手機(jī)終端的識(shí)別也有所不同，所以手機(jī)控制終端應(yīng)用軟件，根據(jù)不同的平臺(tái)，可以分為兩類(lèi)：一種是基于Android系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，另一種是，基于IOS的應(yīng)用軟件。不同平臺(tái)下，均可實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，由于重點(diǎn)在于手機(jī)藍(lán)牙無(wú)線控制LED照明的方案，在此不作介紹。

5 小結(jié)

在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，能夠通過(guò)手機(jī)終端應(yīng)用軟件，進(jìn)行多個(gè)藍(lán)牙LED燈的調(diào)光和控制，同時(shí)需要注意LED燈燈體的散熱問(wèn)題；防止LED驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大，以免燒壞LED燈珠；藍(lán)牙模組采用了陶瓷天線，這有利于縮小體積，便于安裝，但是藍(lán)牙信號(hào)會(huì)有一定的方向性，改用外置全向天線，測(cè)試在空曠的環(huán)境可以達(dá)到30m左右，在室內(nèi)環(huán)境下，在室內(nèi)，可是穿透幾個(gè)房間的距離。綜上所述，本設(shè)計(jì)給出了一種簡(jiǎn)單、便捷的家庭智能照明方案，能夠達(dá)到便捷人們的家庭照明的目的。

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