基于無線控制的可調(diào)光智能臺燈

梁柱杰

【摘 要】臺燈是人們?nèi)粘９ぷ鳌W(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，使用時需要對臺燈的亮度、顏色進行控制。本文提供了一種基于無線控制的可調(diào)光智能臺燈，其電路簡單，為人們提供了一種更便捷、更高效的臺燈控制方法，可實現(xiàn)亮度、顏色的獨立調(diào)節(jié)，提高用戶體驗。

【關(guān)鍵詞】臺燈；WIFI；nRF24L01；單片機；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。臺燈作為移動燈具被廣泛應(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燈具上的按鍵進行控制，一般僅提供有限的亮度供用戶選擇，不能滿足對燈光亮度以及顏色要求較高的用戶。本文設(shè)計一種通過無線控制的可調(diào)光智能臺燈，可通過外部無線信號對燈具亮度、顏色進行控制，并實現(xiàn)遠距離、高精度地控制，滿足用戶的不同需求。

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)，通過帶負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，被廣泛使用到照明裝置中。本次設(shè)計的臺燈設(shè)備主要實現(xiàn)亮度、顏色的遠程控制，通過單片機接收控制無線信號，進行轉(zhuǎn)換得到控制LED燈的亮度、顏色信號，由紅色、綠色、藍色發(fā)光二極管LED組成發(fā)光電路，輸出脈沖寬度調(diào)制PWM信號控制每路LED導(dǎo)通時間實現(xiàn)亮度、顏色的控制[1]。

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

臺燈電路主要包括電源電路、單片機主控電路、WIFI通信電路、LED驅(qū)動電路、顯示指示燈電路。其中電源電路與單片機主控電路、WIFI通信電路、LED驅(qū)動電路、顯示指示燈電路連接，LED驅(qū)動電路與單片機電路連接，電源電路輸入交流市電220V，將其濾波、整流為LED照明電路提供工作電源，同時通過降壓穩(wěn)壓電路為單片機主控電路、WIFI通信電路、顯示指示燈電路提供低壓工作電源。WIFI通信電路通過天線接收外部無線控制信號。

（二）電源電路

電源電路接收市電交流220V，經(jīng)過交直流變換器為LED驅(qū)動電路提供工作電壓，另一路通過降壓穩(wěn)壓電路為單片機電路、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，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濾除，整流濾波電路進行電路的交流-直流轉(zhuǎn)換、濾波處理，PFC恒壓轉(zhuǎn)換電路為LED驅(qū)動電路提供穩(wěn)定電源電壓。由于單片機電路、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，對交直流變換器的輸出電壓進行降壓穩(wěn)壓處理輸出3.3V低壓信號。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）單片機電路

單片機電路主要負責(zé)接收WIFI通信電路的控制信號，進行轉(zhuǎn)換輸出開關(guān)信號控制各路LED的工作，實現(xiàn)亮度、顏色的控制。本文中單片機電路主要使用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。該單片機內(nèi)部下載控制程序，實現(xiàn)信號發(fā)射接收、顯示指示電路、LED驅(qū)動電路的控制和顯示。其中單片機STC89C52的引腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5與無線通信電路連接，輸出控制信號、接收無線控制信號進行工作；單片機STC89C52的引腳P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別與各路LED驅(qū)動電路連接輸出開關(guān)信號控制各路LED的工作電流。

（四）照明電路的實現(xiàn)

LED是常用的發(fā)光器件，通過電子與空穴復(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)，通過使用不同的無機半導(dǎo)體物料，能實現(xiàn)控制LED發(fā)出不同顏色的光。LED工作時需要進行恒流驅(qū)動，將紅色LED、綠色LED、藍色LED、白色LED并聯(lián)作為控制臺燈顏色控制的基礎(chǔ)，單片機輸出PWM信號，控制每路LED中開關(guān)的打開、關(guān)斷時間段，調(diào)節(jié)每路LED燈的流經(jīng)電路實現(xiàn)臺燈亮度控制[2]。照明電路如圖所示：

（五）無線通信模塊的實現(xiàn)

隨著無線通信技術(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。在本臺燈設(shè)計中，人們可以根據(jù)手持紅外遙控器、手機APP使用WIFI連接遠程傳輸臺燈控制信號，來控制臺燈的亮度以及顏色。WIFI芯片采用由挪威NORDIC生產(chǎn)的nRF24L01芯片，nRF24L01是市場上最為偏移的無線收發(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線收發(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)電路較為簡單，輸出功率、頻率通道和協(xié)議設(shè)置均可通過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)閉和待機模式使其更容易實現(xiàn)省電模式。

nRF24L1通過數(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STC89C52連接，STC89C52通過CE引腳控制nRF24L1的工作模式，接收無線控制信號。

（六）顯示指示電路

顯示指示電路與單片機電路連接，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，在接收到控制信號時黃色指示燈閃爍表示正在接收控制信號。

二、電路工作方法

三、結(jié)束語

目前，主要使用的臺燈一般使用在裝置上設(shè)置的檔位進行控制，調(diào)光亮度、顏色只能選擇幾種內(nèi)置的模式，功能簡單，不能滿足人們對更多亮度、顏色的需求，當(dāng)用戶遠離臺燈時不便于對燈具進行控制。本文提供了一種簡便的無線控制的可調(diào)光智能臺燈，通過遙控器、手機等無線設(shè)備，可大范圍地調(diào)節(jié)臺燈的亮度、顏色，且亮度、顏色控制獨立，調(diào)節(jié)亮度不影響顏色的變化，大大方便用戶的生活和學(xué)習(xí)。

參考文獻：

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

[2]江武志，等.“基于年RF4L01的小車自動識別紅綠燈的設(shè)計”[J].汽車零部件，2011（10）：82-84.