淺談藍牙多功能智能燈控制系統設計

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隨著工業4.0的推進，現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越受大眾所推崇。本文基于智能生活理念，設計了一款利用藍牙技術的多功能智能燈，通過手機等無線終端，可以對智能燈進行定時開關、亮度調節、光色調節等控制。本設計操作簡便，智能環保，應用廣泛。隨著科技的不斷進步，人民生活水平不斷提高，電器也在人們的日常生活中普及，傳統的家居燈功能單一、操控性固化，已漸漸難以滿足人們對家居環境的體驗需求，同時傳統燈不能根據周圍環境而合理的調節而造成了巨大的能源浪費。多功能智能燈將無線控制系統融入到日常生活，方便了人們的日常生活，增強了人們對科技的體驗感。在該設計系統中，通過手機等無線設備與智能燈進行連接，設定燈的開關時間、光的強弱、光色調節，智能燈也能根據環境變化而自我調節光強，降低了能源損耗，最大程度滿足人們智能生活的需求。

1總體設計

該智能燈控制系統以STM32F103芯片為核心控制芯片，控制系統的組成模塊電路包括：電壓轉化電2系統組成電路設計2.1STM32F103芯片路、STM32F103最小系統電路、藍牙接收電路、光敏傳感器電路。系統控制程序采用C語言編程。當智能燈與無線設備進行藍牙連接后，無線設備向智能燈發送指令，藍牙接收到指令后遞交給核心處理器進行相應的功能操作。

2系統組成電路設計

2.1STM32F103芯片。STM32F103芯片屬于Cortex—M3內核的32位ARM微控制器，Flash選用64k，其芯片集成定時器、ADC、UART等多種功能。選用該款芯片能夠直接提供所需的定時器、串口、IO等資源，利用PWM占空比進行光強調節，能夠接收和處理藍牙收到的數據，同時該款芯片還有功耗低的特點。2.2電源模塊。對于整個控制系統而言電源模塊是基礎，其作用是給整個系統提供正常工作所需要的穩定、可靠的電壓，要滿足系統中不同模塊對應的需求，使核心控制系統和外拓展模塊正常穩定工作。在該系統中則需要將標準的220V家用電轉換成為STM32F103芯片工作的3.3V電壓和藍牙模塊（HC-05）所需的5V電壓。對于電源模塊電路要求也是相對較高，在該電路制作中選用LM7805和TPS7333兩款電源芯片，用于設計線性穩壓電源模塊電路，相對其他電路而言，該款電路輸出電壓質量高、文波小。為解決該種電路在電壓差較大變換效率低的問題，在設計上則先由220V電壓變換為12V電壓，12V再經線性穩壓電源變換為3.3V。在CAD繪制完電路并印刷成電路板后，則需實際測量輸出電壓大小及其波形。2.3藍牙收發電路?，F階段我國智能手機已經普及，絕大部分手機也有藍牙功能，使用起來也比較便捷，將手機等無線設備當做主機，將智能燈端作為從機，將控制系統與手機進行無線連接，通過手機藍牙發送不同的指令來實現不同功能的控制。在整個控制系統中搭建無線模塊時，可選用市面上常見的HC-05藍牙模塊，對手機發送的信息的存儲和處理則需要利用STM32F103芯片的UART1資源。在硬件電路上對藍牙進行穩壓供電后，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，組合搭建出藍牙接收模塊電路。2.4調光電路。在對智能燈亮度控制調節時，主要有兩種方式：（1）光敏電路調節。將光敏電阻等光敏元器件并聯在燈泡的主路上，當光照變強時阻值增大、串聯端電壓減小、主電路中電流也減小，智能燈亮度變弱。在主電路中加上開關，手動選擇是否需要根據周圍環境的光的強度的變化而自動改變小燈的亮度。該種控制方式可用于夜燈模式，早晨時，外界亮度逐漸變強，小燈的亮度逐漸變弱，盡可能的降低能耗。（2）PWM調節。該種調光方式則為軟件調光，設定STM32F103芯片與智能燈連接的IO口方波輸出頻率，藍牙接收值為一個固定輸出周期內高電頻時間，手機端向藍牙發送不同數據，改變高電平在一周期占空比，從而實現對燈泡亮度的控制。

3系統軟件設計

智能燈控制系統軟件程序為C語言，在Keil5軟件上進行編寫和調試。在整個軟件中主要對時鐘、串口、IO口、PWM電壓、中斷進行設置。軟件設計流程：（1）對STM32F103芯片IO口進行配置，連接小燈，能夠實現開關；（2）配置定時器。初始化定時器1數據，編寫定時器中斷并配置其參數。（3）配置串口，設置對應的波特率，配對好藍牙協議。將配置好的串口連接HC-05模塊先與串口調試助手進行連接，測試藍牙的連通性，觀察收發數據是否正常。（4）設置小燈所連接IO口的PWM波。設定PWM周期20kHz，調節高低電平分布時間，改變占空比，實現對小燈亮度的調節。（5）設置手機端的藍牙控制界面，編寫控制功能及其指令，對應到程序中的相關參數。（6）測試手機到藍牙指令的功能控制，并觀察智能燈對應功能實現的狀態。終端控制軟件使用SPP藍牙串口（APP），在使用智能燈前先需下載該款軟件，它能夠使用手機等無線設備的藍牙與智能燈端藍牙進行連接，并通過藍牙將編輯的指令發送到智能燈控制芯片上來控制燈的狀態。在手機APP終端可自由編輯所要發送的指令，并以類似按按鈕的形式向智能燈發送指令，無線操控智能燈編號的選擇、開關狀態、亮度、開或關的定時，同時智能燈也會將自己狀態實時發送反饋到手機控制終端上。

智能燈目前還僅僅是小規模的應用，但隨著科技發展、生活水平的的提高，智能家居理念慢慢普及，智能燈在未來有著良好的應用前景。本文基于藍牙設計的多功能智能燈對傳統的電燈而言，控制方式有了極大地改善，同時對其功能進行了拓寬，將藍牙的無線操控引入到了對燈的控制，增強產品科技體驗感，智能燈能感應諸位環境亮度變化而調節自身亮度，降低了能源損耗同時便捷了人們的生活。

作者:黃泰 邱威 賈巍 單位:湖北文理學院汽車與交通工程學院