1.引言

隨著，2012年10月飛利浦在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生可調占空比PWM波信號控制LED驅動電路實現LED的調光和DIY調色。

2.脈沖寬制（PWM）調光技術

PWM調光是一種利用簡單的數字脈沖，反復開關LED驅動器的調光技術。應用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數字式脈沖，即可簡單地實現改變輸出電流，從而調節(jié)LED的亮度。PWM調光的優(yōu)點在于調光范圍大，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）調光原理

利用人眼睛視覺惰性，按固定頻率操作占空比實現LED亮度調節(jié)，只要調光比即PWM波頻率大于200Hz人眼就不會感覺到LED的閃爍。具體調光實現，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，這是模擬調光和可控硅調光無法實現的。

2.2 占空比

占空比是指高電平在一個周期之內所占的時間比率。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)工作時間內脈沖占用的時間與總時間的比值。

3）在周期型的現象中，現象發(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 調光比

調光比則是按下面的方法計算：

Foper=工作頻率

Fpwm=調光頻率

調光比率=Foper/Fpwm

其實也就是調光的最低有效占空比，比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz,則調光比為：

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據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數據共享已成為常理，將手機變身為遙控器為人們的生活帶來無限方便。

藍牙技術由三部分組成，包括藍牙無線電技術、藍牙協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2.4GHzISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段，支持全雙工傳輸，使用IEEE802.15協議。藍牙設備即連即用，抗干擾能力強、使用方便[2]

3.1.2 藍牙協議棧

藍牙協議棧包含一個軟件棧和一個硬件棧。藍牙硬件協議棧由藍牙硬件提供，藍牙軟件協議棧由軟件實現。藍牙軟件協議棧提供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容：①通用訪問Profile定義了設備管理功能性；②服務發(fā)現應用Profiles定義了服務發(fā)現方面的內容；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)來的數據，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調制度，內置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)現模式、獲得發(fā)現代理。創(chuàng)建public int BTS_Init（）類函數，實現藍牙初始化判斷，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，開始尋找從機藍牙設備，注冊搜尋函數，創(chuàng)建public int BTS_ConnectToDevice（String DeviceAddress）類函數，實現連接到一個指定的藍牙設備。

創(chuàng)建public int BTS_SendDates（Stringbuffer）類函數實現字符串發(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public voidonCreate（BundlesavedIn stan ceState）{},發(fā)送控制信號類函數public void onStop TrackingTouch（SeekBar seekBar）{}。

創(chuàng)建類class InitThread extends Thread{},實現資源加載線程，里面創(chuàng)建用于四路信號之間轉換的public InitThread（PwmcontrolActivity act）{}類函數，實現與藍牙程序接口的public void run（）線程體，用于軟件退出的類函數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，以實現驅動大功率LED。

圖1 系統(tǒng)框圖

5.2 程序設計

主函數流程圖如圖2所示，定義完相關變量和相關函數聲明后，設計串口通信函數，設置定時器1中斷，中斷函數為占空比控制函數，然后設計數據接收函數，當串口服務函數接收到數據時，將數據發(fā)送到數據接收函數，然后將接受到的字符數據通過字符轉型函數進行字符的轉型，然后通過標志iCommdType判斷控制哪一路信號，當無標志信號來時，一直循環(huán)檢查，檢查到相應的標志信號，然后執(zhí)行占空比調節(jié)函數藍牙模塊與單片機之間的通信使用模擬串口實現的，串口為標準配置：波特率9600,編寫一個串口初始化函數void UART_INIT（），初始化相關標志，和寄存器，然后編寫中斷接收函數void tm0（）interrupt 1 using 1,接收串口發(fā)來的數據。設定定時器1中斷并編寫中斷服務函數void tm1（）interrupt 3 using1,實現P W M的占空比控制。編寫數據接收函數char GetUartData（），將中斷接收函數里接收到的數據發(fā)送這里，等待接收數據函數void WaitForChars（unsigned chariCount,char *Dest）通過調用數據接收函數char GetUartData（），將手機發(fā)送來的數據裝載到定義好的變量數組，然后通過字符轉型函數unsigned int GetCmdType（char*Commd），將字符型數據轉成數字，通過標志判斷，要控制哪一路PWM波，然后將相應的數據傳到控制占空比的中斷服務函數，改變其占空比的輸出。

圖2 主函數流程圖

6.結果展示

6.1 手機端界面

如圖3所示，其中W調節(jié)白光，從0到100R、B、G共有100萬種組合，每一種組合對應一種顏色，通過改變RBG的組合，從而調節(jié)LED的顏色。

圖3

6.2 PWM波輸出效果

如圖4所示，這是其中一路PWM波的控制信號，通過手機端控制其占空比，用示波器測出其波形。

圖4

6.3 實際調光調色效果

選擇幾種組合調色效果如圖5所示。

圖5