《基于藍牙的手機控制LED照明燈系統(tǒng)的設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于藍牙的手機控制LED照明燈系統(tǒng)的設(shè)計（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、龍巖學院畢業(yè)設(shè)計 題目： 基于藍牙的手機控制LED照明燈系統(tǒng)的設(shè)計 專業(yè)： 電子信息工程技術(shù)專業(yè) 學號： 2014041835 作者： 張儒晨 指導教師(職稱)：任志山(副教授) 2016年 6月 1日基于藍牙的手機控制LED照明系統(tǒng)的設(shè)計【摘要】本次設(shè)計通過手機發(fā)送信號，由藍牙模塊接收，再利用單片機對接收到的信號反饋，輸出不同的PWM信號來控制LED照明系統(tǒng)，同時還設(shè)計了12W的PWM調(diào)光LED照明燈驅(qū)動電源。經(jīng)測試，系統(tǒng)滿足設(shè)計要求。體現(xiàn)了只能照明的發(fā)展方向?！娟P(guān)鍵字】手機 藍牙 控制 led驅(qū)動電源Based on the bluetooth mobile phone design of
2、 the control system of multiplex desk lamp【Abstract】This design through the mobile phone signal, received by the bluetooth module, using single-chip microcomputer feedback received signal, the output of the different PWM signal to control the LED lighting system, but also design the 12 w PWM dimming
3、 LED lighting driver power supply. After the test, the system meet the design requirements. The development direction of reflected only illumination.【Key Words】Telephone Bluetooth Remote control LED drive power supply目錄目錄III第1章 序章51.1 研究目的51.2 手機藍牙的未來51.3 LED的發(fā)展前景51.4 課題內(nèi)容6第2章 設(shè)計方案72.1 通信方式的選擇72.2 控
4、制器的選擇72.3 控制方式的選擇72.4 控制電路的選擇82.5 整體流程8第3章 單片機電路103.1 單片機部分103.1.1 單片機STC89C52103.1.2 單片機最小系統(tǒng)103.2 藍牙模塊11第4章 LED驅(qū)動電源144.1 LED照明燈144.2 降壓斬波（BUCK）電路144.3 BP2865E芯片154.4 驅(qū)動電源參數(shù)設(shè)計164.5 單片機控制電源電路18第5章 軟件設(shè)計215.1 APP制作215.2 單片機程序26第6章 調(diào)試過程296.1 藍牙調(diào)試296.2 手機調(diào)試296.3 單片機調(diào)試316.4 電源調(diào)試336.5 調(diào)光功能測試34第7章 結(jié)論36致謝語37
5、參考文獻38附錄39附錄139附錄240附錄341III基于藍牙的手機多路臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計第1章 序章1.1 研究目的伴隨著科技的發(fā)展，大量熟悉的商品都向著自動化，網(wǎng)絡(luò)化的方向在發(fā)展。家電也不例外。近年來就涌現(xiàn)出了大量智能家居產(chǎn)品，智能呼吸窗，自動照明系統(tǒng)，智能安防，以及小米手機帶的空調(diào)遙控app等，這些產(chǎn)品方便著我們的生活方方面面。照明方面，在1854年美國人亨利在真空瓶中點亮一根炭化竹絲以后至今，照明系統(tǒng)已經(jīng)有了多次的發(fā)展。現(xiàn)在LED燈以高效能，廣泛的適用性，高穩(wěn)定性和低污染已經(jīng)慢慢成為了時代的主流。對于照明系統(tǒng)的控制，家庭里使用最廣泛的還是在墻體里面布線的物理開關(guān)。但是內(nèi)部布線難以改動
6、，你可能明明已經(jīng)在床上十分困倦了卻需要起身去關(guān)燈再折返回來。試想如果用你的的手機就能夠控制家里的照明設(shè)備，那你在家里任何地方只要輕輕一點就能控制身邊的燈具會有多么方便。1.2 手機藍牙的未來在當今信息化的社會中，手機已經(jīng)成為了不可缺少的一件工具。工信部的統(tǒng)計中顯示，截止到去年中國已經(jīng)擁有13.06億的手機用戶，相當于每10個人里有9個都擁有手機。手機在方便我們溝通聯(lián)系的同時也在家電控制的方面給我們提供了方便。藍牙是一種無線通信技術(shù)。他能實現(xiàn)設(shè)備之間的短距離通信連接。從1998年藍牙技術(shù)聯(lián)盟的成立，許多品牌公司都加入了藍牙聯(lián)盟對藍牙的研發(fā)。到了2010年，藍牙4.0版本的正式推出，它以高傳輸效率
7、和低功耗迅速擴大市場，在手機領(lǐng)域得到了廣泛的使用。隨著現(xiàn)在藍牙4.1和4.2版本的推出，藍牙的功耗更低，傳輸變得更安全，開始支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，傳輸?shù)乃俣雀炝?。由于藍牙的發(fā)展，更加穩(wěn)定，安全，快速的傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)現(xiàn)在更低的功耗使得手機藍牙在智能家居控制的應用方面有了美好的展望。1.3 LED的發(fā)展前景家用照明燈具這些年來經(jīng)歷了從普通的白熾燈到日光燈再到現(xiàn)在LED燈具的發(fā)展變化。燈具的光效越來越高，壽命越來越長，LED燈具以其他燈具無法比擬的高光效，高適應性，高穩(wěn)定性，以及環(huán)保性得到了廣泛的發(fā)展和應用。科技發(fā)展的今天，人們也追求著更高質(zhì)量的生活。LED照明高效，耐用，環(huán)保都能滿足人們越來越高的追求。L
8、ED作為發(fā)展最快的光源產(chǎn)品，勢必會取代幾乎所有的傳統(tǒng)照明產(chǎn)品。但是從行業(yè)角度出發(fā)，受到補貼誘惑，LED行業(yè)入局者良莠不齊，產(chǎn)能過剩現(xiàn)象嚴峻，行業(yè)發(fā)展實際是緩慢的。但是行業(yè)的發(fā)展緩慢無法撼動LED最大的市場潛力。LED的易控性，為智能照明的發(fā)展提供了巨大的空間，勢必成為新的傳統(tǒng)照明燈具。1.4 課題內(nèi)容本次研究的課題是基于藍牙的手機控制LED照明燈系統(tǒng)的設(shè)計。本次課題實現(xiàn)：1、 制作手機軟件發(fā)送1，2，3等字符信息。2、 由藍牙模塊接收后發(fā)送給處理器。3、 處理器根據(jù)接藍牙的信息分別對IO口輸出進行調(diào)整，發(fā)送PWM信號。4、 制作LED驅(qū)動電路驅(qū)動LED照明燈具。5、 PWM信號由控制電路對LE
9、D驅(qū)動電路進行控制。6、 通過PWM信號控制，實現(xiàn)對LED照明燈具的開關(guān)和調(diào)光。本次設(shè)計中使用單片機兩個IO口分別對兩組LED燈進行調(diào)控。以單片機為核心，手機作為控制端，藍牙作通信方式，220V市電源經(jīng)LED驅(qū)動電源降壓后由單片機輸出PWM信號進行控制，實現(xiàn)對LED照明燈具的控制。第2章 設(shè)計方案2.1 通信方式的選擇科技飛速發(fā)展的今天，手機已經(jīng)是我們身邊非常重要的一部分。在大多數(shù)人都擁有手機的局面下，如果能用手機取代遙控器來控制家電自然是非常棒的選擇。而現(xiàn)今的手機一般有3種通信方式，藍牙通信，WIFI通信，和紅外通信。方案一：藍牙通信。藍牙實現(xiàn)的是短距離的通信，可以在10米距離內(nèi)自由的進行傳
10、輸。可以設(shè)置加密，有一定安全性。在PC環(huán)境下，以取代有線鼠標鍵盤耳機等有線設(shè)備有廣泛的應用，同時在工業(yè)，醫(yī)療，教育，IT都有廣泛應用。藍牙不拘泥于直線通信，受到環(huán)境影響小。從4.0協(xié)議開始，藍牙的耗電大大降低，傳輸更加方便。并且今天的大多數(shù)智能手機都擁有藍牙功能。方案二：WIFI通信。WIFI無線保真技術(shù)同樣為短距離通信技術(shù)。WIFI應用普遍，通信范圍也比其他的短距離通信范圍更大?，F(xiàn)在的手機都具備WIFI功能，WIFI傳輸速度快，廣泛應用在無線上網(wǎng)領(lǐng)域和PC上。方案三：紅外線通信。紅外線也是常見的短距離通信技術(shù)，家庭常見有電視等各種電器的遙控器。紅外線的保密性強，抗干擾性能好，結(jié)構(gòu)簡單。缺點也
11、很明顯，傳輸角度受到限制，傳輸距離受到限制。三種方案比對，WIFI通信快速，范圍也大，但是受到WIFI環(huán)境限制，在無WIFI環(huán)境中無法使用。紅外通信傳輸角度受限，直線傳輸實際應用并不方便，并且開放紅外功能的手機不多，而手機紅外的耗電量非常大，遠遠超過藍牙，長時間打開對紅外的壽命和電池的壽命都有影響。藍牙對環(huán)境要求不高，成本也比其他低，體積小，功耗低，綜合三者是當前最合適的選擇。2.2 控制器的選擇藍牙模塊接收到控制信號以后需要傳送到集成芯片，通過集成芯片對LED進行控制?，F(xiàn)在常見的集成芯片有以STC公司為代表的51系列，以ATMEL公司為代表的AVR系列，和MICROCHIP公司為代表的PIC
12、系列。現(xiàn)在由于科技的迅速發(fā)展，最新流行起來的還有還有STM32一類開發(fā)平臺和以AVR和ARM為核心的Arduino的開發(fā)平臺，這些芯片功能強大，存儲容量大，發(fā)展的非常迅速。上述芯片中，51單片機結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。其他芯片雖然功能更加強大存儲容量較51單片機也大的多，但上述所有的控制芯片均能滿足設(shè)計所需。故而從成本考慮，51單片機最為合適。2.3 控制方式的選擇本次設(shè)計要實現(xiàn)對LED照明燈具的開關(guān)和調(diào)光。方案一：電阻調(diào)光。這是最簡單的調(diào)光方式，輸入電源通過電阻以后電壓降低，而電流不變，實現(xiàn)降低亮度，思路簡單，方便快捷，建構(gòu)容易，安裝方便。但是不方便連續(xù)調(diào)光，只能一個電阻對應一個輸出。方案二：P
13、WM調(diào)光。PWM脈寬調(diào)制信號，信號通過調(diào)整輸出占空比即調(diào)整信號輸出每個周期內(nèi)的高低電平的時間，實現(xiàn)輸出電流大小的變化以達成調(diào)光效果。方案三：AC相切調(diào)光。和PWM調(diào)光模式相似，通過調(diào)光信號實現(xiàn)調(diào)光。電阻調(diào)光雖然方便，但是不同的亮度需要不同的電阻，調(diào)光能力完全取決于使用了多少不同大小的電阻，使用元器件太多。AC相切調(diào)光需要專門的AC相切電源，靈敏度不高，調(diào)光效果不明顯，AC相切電源生產(chǎn)廠家不多，不常見。PWM調(diào)光效果明顯，可控性強，實用性高。使用PWM調(diào)光是最佳選擇。2.4 控制電路的選擇單片機輸出PWM信號作為調(diào)光信號。PWM脈寬調(diào)制通過設(shè)置輸出的占空比調(diào)整輸出電流，PWM信號頻率應滿足肉眼視
14、覺殘留，控制電路應該能滿足對應的開關(guān)頻率。方案一：用繼電器作為開關(guān)電路。繼電器是典型的控制器件，根據(jù)某種輸入信號的變化，而接通或斷開的控制電路。輸入可以是電壓，電流等電量也可以是轉(zhuǎn)速，時間，溫度等非電量。方案二：可控硅控制電路?？煽毓枋且环N整流元件，在很多電子產(chǎn)品里都有應用，常見有做可控整流，無觸點開關(guān)等。家用調(diào)光燈，空調(diào)，風扇，遙控器等很多設(shè)備都有用到?？煽毓钁秒娐酚蒔WM信號作為控制信號應與可控硅光耦器件組合使用，同時保證單片機輸出功率達到驅(qū)動功率。方案三：固態(tài)繼電器作為開關(guān)。和普通繼電器比較，不是機械開關(guān)，功能上來說兩者原理相當，但是內(nèi)部為半導體晶體管開關(guān)元件，實現(xiàn)無觸點開關(guān)不會產(chǎn)生火
15、花。方案四：三極管開關(guān)電路。三極管開關(guān)電路十分簡單，三極管也是經(jīng)常使用的元器件之一，基極得高電平，集電極和發(fā)射極之間導通實現(xiàn)開關(guān)功能。上述方案繼電器是物理觸點開關(guān)，開斷有一定的延時不能滿足調(diào)光所需要的開關(guān)頻率，實際效果會變成肉眼可見的燈光閃爍?？煽毓杵骷菓帽容^廣泛的器件但是使用元件比較多，要求功率比較高。固態(tài)繼電器為無觸點開關(guān)開關(guān)頻率快，硬件電路簡單但是本次設(shè)計是實現(xiàn)在恒流電源的輸出控制，對于晶閘管結(jié)構(gòu)的固態(tài)繼電器無法有效控制直流。三極管電路能滿足設(shè)計需求又不需要復雜的電路，綜上所述控制電路選擇以三極管作為開關(guān)為核心設(shè)計。2.5 整體流程本設(shè)計要實現(xiàn)通過手機藍牙對家用電下的LED照明燈具的
16、控制，整體方案即通過手機藍牙發(fā)送控制信號傳送到單片機連接的藍牙模塊，藍牙模塊反饋數(shù)據(jù)給單片機，由單片機作為控制芯片生成PWM信號通過開關(guān)三極管開斷調(diào)整恒流電路輸出給LED供電，實現(xiàn)控制。圖2-1 系統(tǒng)框圖第3章 單片機電路3.1 單片機部分3.1.1 單片機STC89C52STC89C52是由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的8位微控制器。具有8K字節(jié)系統(tǒng)的可編程FLASH存儲器。STC89C52以MCS-51作為內(nèi)核，同時做了部分改進，擁有了傳統(tǒng)51單片機沒有的功能。8位CPU以及系統(tǒng)可編程FLASH，在應用中體現(xiàn)出高靈活性和高效性。STC89C52功能如下：8K字節(jié)FLASH，512字節(jié)
17、RAM，32位I/O口，3個16位定時/計數(shù)器，全雙弓串行口。圖3-1 STC89C52單片機引腳圖3.1.2 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)即使得單片機能夠正常工作的最小硬件單元電路。電路由電源，時鐘電路，復位電路組成。復位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，當系統(tǒng)上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，高電平持續(xù)時間由電路中RC值來決定。應用時可以在電容處并聯(lián)按鍵開關(guān)，實現(xiàn)手動重置單片機系統(tǒng)。晶振電路：典型的晶振取11.0592MHZ(可以準確得到9600波特率用于有串口通信)/12MHZ(產(chǎn)生精確的us級時歇，方便定時操作) 。圖3-2 51單片最小系統(tǒng)圖3.2 藍牙模塊藍牙技術(shù)是一種短距離的無線通信技術(shù)，H
18、C-06是市面上常見的藍牙模塊。藍牙模塊在市面上已經(jīng)是十分成熟的產(chǎn)品，故而本次設(shè)計直接使用HC-06藍牙模塊。HC-06是主從一體化的藍牙串口模塊，使用簡單，采用英國劍橋的CSR公司的BC417143晶片，支持藍牙2.1+EDR規(guī)范（增強速率規(guī)范）。模塊供電電壓：3.3V6V。默認參數(shù)：波特率 9600、配對碼 1234、工作模式：從機。核心模塊尺寸大小為：27mm x 13 mm x 2mm。工作電流：不大于50MA。通訊距離：空曠條件下10M，正常使用環(huán)境 8M左右?？梢詫TC單片機無線升級和下載程序。兼容STC系列單片機。圖3-3 藍牙模塊硬件結(jié)構(gòu)藍牙協(xié)議中的協(xié)議主要有4個層面。核心協(xié)
19、議有BaseBand，LMP，L2CAP，SDP，同時還有多種協(xié)議：電纜替代協(xié)議，電話傳送控制協(xié)議，選用協(xié)議。本次使用HC-06為主從一體機，兩個藍牙設(shè)備之間實際在連接以后進行數(shù)據(jù)傳輸鏈路層是傳透協(xié)議。兩個藍牙設(shè)備連接以后相當于一根串口線使用部分主從，進入傳透模式。藍牙設(shè)備之間透傳也叫透明傳送，藍牙模塊的傳透利用射頻即一種空間耦合技術(shù)，傳送網(wǎng)絡(luò)無論傳輸業(yè)務(wù)如何，只負責將需要傳送的業(yè)務(wù)傳送到目的節(jié)點，同時保證傳輸質(zhì)量，不對傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)進行處理。兩個藍牙設(shè)備連接以后可以當成全雙工串口使用數(shù)據(jù)傳輸同單片機與藍牙連接。圖3-4 HC-06藍牙模塊引腳單片機和藍牙通過UART控制藍牙模塊時，底層數(shù)據(jù)通過U
20、ART實現(xiàn)。即通過異步通信接收發(fā)送器，全雙工方式工作。用SFR（即SBUF）的地址可以訪問發(fā)送寄存器和接收寄存器。UART 數(shù)據(jù)格式通信，格式為：1 個起始位，8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位，有效數(shù)據(jù)從最低位開始傳輸。圖3-5 UART模式時序圖藍牙模塊連接單片機通信屬于串口通信。串口是藍牙模塊常用的外圍接口之一，與單片機的連接需要使用RX，TX接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，以及GND將兩個部分共地。三根線路連接加上給藍牙模塊提供工作電壓藍牙模塊就能夠與單片機進行連接。部分藍牙模塊還有連接藍牙RTS和CTS請求發(fā)送和清除發(fā)送兩個功能腳，正常只需要接收發(fā)送以及GND三個引腳就可以滿足通信需要，RTS和CTS可以懸
21、空。故大多數(shù)藍牙模塊實際外部只有4個引腳，實際接線也只用到4條：電源，接地、傳送（TXD）和接收（RXD）。圖3-6 HC-06藍牙模塊與單片機連接方式第4章 LED驅(qū)動電源4.1 LED照明燈本次設(shè)計使用的LED燈為12W的照明燈具。燈具由24個貼片LED組成，貼片LED型號為5730。5730貼片是LED貼片中的一種，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格命名，既長5.7mm寬3.0mm規(guī)格的LED貼片。本次使用的白色貼片燈，每個的工作電壓在3.0-3.5V，功率0.5W，額定電流150mA。LED照明燈具在全部串聯(lián)的時候，一顆燈燒壞斷路時，所有的LED燈都不亮，同時在貼片數(shù)量較大的時候串聯(lián)要求的輸出電壓較高。而且
22、LED照明燈在全部采用并聯(lián)方式工作時，當其中一個短路所有不亮，同時LED燈工作電壓通常在3V左右，需要電源在低電壓的時候輸出高電流，對電源的要求大大提升。而串并聯(lián)混合使用能很好的解決單獨串聯(lián)或并聯(lián)出現(xiàn)的問題。既不會因為一個貼片LED損壞影響到整個電路，也不會對電壓電流有太高的要求。所以LED照明通常采用的是串并聯(lián)混合電路，本次使用的LED燈具為12串2并結(jié)構(gòu)，總功率12W，總工作電壓36V，額定電壓300mA。4.2 降壓斬波（BUCK）電路LED照明燈是要在市電220V中使用，故而需要對220V電壓進行處理降低到LED的工作電壓。BUCK電路是直流斬波電路，作用是把直流電轉(zhuǎn)換成另一個固定電壓
23、值，BUCK是降壓型，是一種輸出的電壓小于輸入電壓的非隔離直流變換電路。圖4-1 BUCK電路圖4-1中BUCK電路S為開關(guān)管，其驅(qū)動電壓一般為PWM信號。電路由電感L和電容C組成低通濾波器。通直流分量，抑制諧波分量。當開關(guān)管導通時，電源給電感和負載供電，當開關(guān)管關(guān)斷的時候，電感放電負載側(cè)經(jīng)過續(xù)流二極管電路形成自回路，負載上的實際電壓為0。使周期內(nèi)的電壓下降，從而降低了輸出電壓。4.3 BP2865E芯片BP2865E是一款高精度降壓型LED恒流驅(qū)動芯片，芯片內(nèi)部集成了開關(guān)管，通過引腳連接電感電容組成BUCK電路。內(nèi)部有多種保護電路。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖4-2。圖4-2 BP2865E芯片內(nèi)部框
24、圖芯片采用DIP7封裝。芯片引腳如圖4-3。引腳功能見下表4-1。圖4-3 BP2865E芯片引腳圖表4-1 BP2865E芯片引腳描述管腳號管腳名稱管腳說明1GND芯片地2ROVP開路保護電壓調(diào)節(jié)接電阻到地3NC無連接，建議連接到芯片地4VCC芯片電源5DRAIN內(nèi)部高功率管漏極6DRAIN內(nèi)部高功率管漏極8CS電流采樣端采樣電阻在CS與GND間芯片VCC引腳最大電源電流5mA，內(nèi)部高壓功率管漏極到源極峰值電壓為-0.3V-500V。內(nèi)部有高精度的電流采樣電路，芯片工作在電感電流臨界模式，恒流輸出精度高，電流不會隨著電感量和LED工作電壓的變化而變化。圖4-4 BP2865E芯片典型應用電路
25、上圖4-4BP2865E的經(jīng)典應用在左側(cè)輸入市電220V，經(jīng)過整流橋進行橋式整流，再通過電容濾波送入芯片，芯片再通過電感電容組成的低通濾波電路輸出得到需要的電壓電流接入負載。4.4 驅(qū)動電源參數(shù)設(shè)計上電以后，電壓通過啟動電阻對4腳電容充電。當4腳電壓達到芯片開啟閥值時，內(nèi)部控制電路開始工作。內(nèi)置的17V穩(wěn)壓管鉗位VCC電壓，工作電流極低。芯片逐周期檢測電感的峰值電流，CS端連接到內(nèi)部峰值電流比較器的輸入端，與內(nèi)部400mV閥值電壓比較，當CS電壓達到內(nèi)部檢測閥值時，功率管關(guān)斷。電感峰值計算公式為（Rcs：采樣電阻阻值）：Ipk=400/Rcs（mA） （4-1）LED輸出電流計算公式為（Ipk
26、：電感峰值電流）：Iled=Ipk/2 （4-2）芯片的系統(tǒng)工作頻率和輸入電壓成正比，工作頻率從5KHZ到80KHZ。儲能電感計算公式（Vled：輸出LED的電壓，Vin：整流后母線電壓，Ipk：電感電流峰值，f：系統(tǒng)工作頻率）：L=Vled*（Vin-Vled）/（f*Ipk*Vin） （4-3）ROVP引腳電阻設(shè)置。此處是設(shè)置開路保護電路，LED開路時，輸出電壓上升，退磁時間變短，由此設(shè)計退磁時間Tovp（L：電感量，Vcs：CS關(guān)閥值（400mA），Rcs：采樣電阻阻值，Vovp：設(shè)定的過壓保護點）：TovpL*Vcs/（Rcs*Vovp）（us） （4-4）根據(jù)退磁時間計算Rovp的電
27、阻值（Tovp：退磁時間）：Rovp130/Tovp*10（-3）（kohm） （4-5）電容參數(shù)從談起：=RC （4-6）越大兩端電壓越穩(wěn)定，對于市電50HZ全波整流周期T=10ms，在滿足波紋要求：5T （4-7）再根據(jù)功率公式得到：R=U2/P （4-8）頻率代替周期得到電容公式：C5*P/（f*U2） （4-9）最后結(jié)果其他參數(shù)接近1，電容參考負載功率既可：CP（uf） （4-10）LED驅(qū)動電路最終設(shè)計如圖4-5。圖4-5 LED恒流源電路圖LED驅(qū)動電源輸入端首先設(shè)計了一個電阻和壓敏電阻組成的保險電路。壓敏電阻在過壓時對電壓進行限制，保護電路。再經(jīng)過整流橋?qū)﹄娫葱盘栠M行橋式整流，之
28、后經(jīng)C1濾波輸入芯片，再通過電感電容電阻和快速恢復二極管過濾交流信號輸出直流電。Rz壓敏電阻使用在市電220V上，峰值220*1.414V即310V，壓敏電阻可以采用471K型號，擊穿電壓470V。和2W1保險絲水泥電阻組成保險電路。D1整流橋使用4個IN4007組成，是220V里常用的整流橋，反向電壓1000V，電路，最大整流電流1A。整流橋后通過C1濾波，電路輸出12W，C1選擇10uf，耐壓大于310V的型號。NC空腳接地。電感峰值電流約為輸出電流的2倍，以300mA計算，得到CS檢測電阻400/600約為0.6歐姆。采用1歐姆和2歐姆的電阻并聯(lián)得到。電感公式L=Vled*（Vin-Vl
29、ed）/（f*Ipk*Vin），與輸入輸出匹配，芯片工作頻率最低5KHZ最高可以設(shè)置在80KHZ。輸入220V輸出36V情況下電感量計算大約1mH。根據(jù)線圈公式（2.54厘米=1吋）：圈數(shù) = 電感量* ( 18*圈直徑(吋) + ( 40 * 圈長(吋) 圈直徑 (吋)根據(jù)公式得到大致圈數(shù)，設(shè)計選擇長7mm，寬4mm的方形，繞230圈，確定好規(guī)格由產(chǎn)家按規(guī)格制作。芯片鉗位電壓17V，工作電流180uA，根據(jù)輸入市電，在芯片腳接約850K電阻。C1處于輸入端，輸入峰值311V，電容選擇10uf，耐壓400V。C2為芯片電源與地相連，芯片限壓17V，電容選擇2.2uf，耐壓50V。C3處于輸出端
30、。電容采用10uf，耐壓在輸出36V的情況下，空載可能達到100V左右，電容耐壓選擇200V。D2二極管起續(xù)流作用，使用SF18，正向工作電流1A，最高反向電壓600V。其余元件根據(jù)負載需要帶入計算，得到表4-2元件參數(shù)。表4-2 LED恒流源電路圖符號型號符號型號R11C22.2uf，50VRz07D471KR6430KD14*IN4007R7430KC110uf，400VD2SF18R215KC310uf，200VR31R8470KR42L1mH4.5 單片機控制電源電路4.5.1 三極管1300313003是一種常見的開關(guān)三極管，封裝：TO-126。13003，NPN結(jié)構(gòu)功率開關(guān)三極管。
31、主要應用于高功開關(guān)電路，如：日光燈。三極管漏電流小，耐壓能達到400V，在本次設(shè)計的電路中電源部分空載為106V，能夠滿足設(shè)計要求。封裝如圖4-6。圖4-6 13003封裝圖4.5.2 三極管2N55512N5551是一種NPN型高反壓三極管。主要參數(shù)，耐壓：160-180V，集電極電流：0.6A，集電極功耗：625mW，特征頻率Ft=100-300MHz，放大倍數(shù)HFE=80-250。封裝如圖4-7。圖4-7 5551常用封裝4.5.3 控制電路控制電路由IO口輸出PWM信號通過三極管放大信號后控制三極管開關(guān)，通過三極管開關(guān)控制LED的調(diào)光效果。單片機的輸出引腳在高電平輸出的情況下，沒有灌入
32、電流IO口。只能輸出不到1MA的電流，驅(qū)動能力薄弱。所以使用一個三極管2N5551作為放大器，放大單片機輸出的PWM信號，再通過三極管13003作為開關(guān)，當IO口輸出高電平的時候信號放大使13003的CE極導通，使負載連接到電源。在IO口輸出低電平的時候13003打不到開關(guān)狀態(tài)，保持截止，負載與電源斷路不得電。IO口輸出PWM信號由高低電平構(gòu)成，當IO口輸出高電平經(jīng)三極管放大使13003的EC導通，輸出低電平13003的EC截止。在導通的時候LED點亮截止時熄滅。PWM信號的高低電平實現(xiàn)輸出電壓的高低電平，電路有效電流為（D：占空比）：I有效=I額定*D如此高低電平交替，三極管實現(xiàn)高速開關(guān)，人
33、眼視覺殘留效果的影響下，感覺到的光線降低了，通過改變PWM信號一個周期內(nèi)的高電平時間實現(xiàn)調(diào)光。圖4-8 PWM驅(qū)動電路第5章 軟件設(shè)計5.1 APP制作App Inventor是由谷歌公司開發(fā)的手機編程軟件。此軟件不需要掌握什么編程知識，軟件已經(jīng)事先把各種代碼全部編寫并封裝完畢，用戶可以根據(jù)自己的需要添加組合。用戶開發(fā)的界面由設(shè)計界面和代碼部分組成。設(shè)計界面部分左列是組件面板，中間是工作區(qū)域的一個手機的界面，右邊是所以使用了的組件的列表和組件的設(shè)置界面，用戶可以根據(jù)自己的需求對界面進行編輯。編程界面由代碼塊區(qū)域和工作區(qū)域組成。代碼塊區(qū)域里包括了邏輯語句塊和定義語句塊等。代碼塊如同積木形狀一樣，
34、編程時把需要的代碼塊從代碼區(qū)域拖動到工作區(qū)域互相拼接起來。本次課題APP界面設(shè)計有7個按鈕1個列表框分別是控制2個LED燈開關(guān)的按鈕兩個，和分別控制兩個LED燈不同亮度的按鈕4個，連接藍牙按鈕一個，列表框則是選擇藍牙的界面。界面設(shè)計如圖5-1。圖5-1APP界面設(shè)計程序設(shè)計按鈕1，2分別交替發(fā)送字符1，2和3，4，按鈕3，4，5，6分別發(fā)送字符5，6，7，8。搜索藍牙按鈕點擊顯示當前所以藍牙列表，點擊列表中的藍牙則選中藍牙。點擊按鈕7連接藍牙。按鈕1-6分別為控制按鈕，列表框和按鈕7分別控制藍牙的選擇和連接。APP程序流程框圖如圖5-2。圖5-2 手機流程框圖圖5-3 圖形代碼1圖5-4 圖形
35、代碼2圖5-5 圖形代碼3圖5-6 圖形代碼4圖5-7 圖形代碼5圖5-8 圖形代碼6圖5-9 圖形代碼7圖5-10 圖形代碼8設(shè)計完成下載APK至手機安裝，查驗使用效果和設(shè)計是否一致，APP效果如圖5-11,圖5-12。圖5-11 手機界面截圖圖5-12 軟件連接藍牙界面截圖5.2 單片機程序單片機程序設(shè)計分為兩部分，一部分是與藍牙模塊連接的串口初始化和收發(fā)數(shù)據(jù)。另一部分是應用電路中給控制電路發(fā)送PWM信號。藍牙通信部分，單片機的串口有兩個緩沖寄存器，一個是發(fā)送寄存器，另一個是接收寄存器。藍牙模塊通過RXD和TXD兩個收發(fā)數(shù)據(jù)的串行接口，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥K里，通過模塊直接進行數(shù)據(jù)的互通。接受手
36、機數(shù)據(jù)由藍牙模塊直接完成，單片機只需從緩沖區(qū)提取收到的數(shù)據(jù)。已知手機藍牙波特率為9600，HC-06藍牙模塊出廠波特率為9600，單片機需呀利用定時器生成9600波特率既可完成3者之間的正常通信。單片機是通過寄存器T2CON從定時器獲得串行口發(fā)送和接收的波特率，而單片機波特率的計算就是通過定時器的計時計數(shù)工作方式選擇和定時器設(shè)計初值利用自動重載模式，對定時器的溢出率進行設(shè)計?？梢酝ㄟ^以下幾個公式計用波特率逆推我們需要設(shè)計的定時器初值：位間隔時間（us）=106（us）/波特率（bps），指令周期（us）= 12 / 晶振頻率（Mhz），需要指令周期個數(shù)=位間隔時間（us） /指令周期（us），
37、定時器初值= 2n需要指令周期個數(shù)（n是定時器的位數(shù)）。圖5-13 常見波特率設(shè)置PWM信號部分。本次設(shè)計采用PWM信號輸出進行調(diào)光，LED亮度受到電流控制，通過控制電流就能實現(xiàn)LED的亮度變化，有效電流值為單位周期導通時間與單位周期時間比乘輸入電流，通過調(diào)整PWM不同的占空比即調(diào)整導通時間，可以控制電流大小。51單片機用定時器控制頻率，確定計數(shù)值，每次計數(shù)達到預設(shè)值則溢出一個中斷，設(shè)計10個中斷為一個周期，利用定時器中斷當計數(shù)從0達到預設(shè)值的時候置高電平，其他時候置低電平來得到我們需要的脈沖信號。根據(jù)人眼視覺殘留，當PWM調(diào)光頻率達到幾百赫茲以后，視覺殘留效果還未消失，明暗交替視覺效果形成光
38、線降低。所以本次設(shè)計PWM信號頻率應當在幾百赫茲以上，又以10個中斷為一周期，所以設(shè)計每個中斷計數(shù)為100。根據(jù)單片機使用晶振11.0592HZ，機器周期為12/11.0592M約1.0851us，定時器產(chǎn)生一個中斷的時間約108.51us，故PWM一個周期的時間約為1.0851ms頻率接近1KHZ，設(shè)計使用PWM波形滿足視覺殘留的影響，實現(xiàn)調(diào)光。各個部分設(shè)計完成，編輯合并成一個完整的程序，框圖如圖5-14。圖5-14 單片機完整程序流程圖第6章 調(diào)試過程6.1 藍牙調(diào)試本次設(shè)計藍牙模塊使用的是HC-06，查閱產(chǎn)品手冊可知出廠設(shè)置波特率為9600，手機藍牙也是9600。藍牙模塊接入單片機以后，
39、由單片機供電。用手機搜索藍牙，找到藍牙設(shè)備進行配對，可以通過藍牙串口助手對藍牙進行設(shè)置。本次使用的藍牙在正常供電情況下，模塊左下角發(fā)光二極管以半秒的頻率閃爍。當藍牙設(shè)備連接成功時，閃爍的發(fā)光二極管保持發(fā)光狀態(tài)。等到斷開設(shè)備連接時恢復閃爍。通過發(fā)光二極管的狀態(tài)判斷藍牙模塊的連接正常。圖6-1 藍牙模塊連接6.2 手機調(diào)試本次設(shè)計中制作的APP不提供配對功能，不能直接搜索到未配對的藍牙設(shè)備，需先通過手機對藍牙模塊進行配對。實際使用APP，先在未連接藍牙情況下按按鍵發(fā)送數(shù)據(jù)，屏幕顯示提示藍牙未連接。之后連接藍牙模塊，連接成功顯示已連接，連接失敗時彈出提示藍牙未打開。藍牙連接成功以后，按下按鍵內(nèi)容發(fā)送
40、數(shù)據(jù)，沒有錯誤提示信息。圖6-2 藍牙連接成功手機顯示圖6-3 藍牙連接斷開手機顯示圖6-4 藍牙未連接時按鍵控制顯示6.3 單片機調(diào)試單片機程序方面。在開始設(shè)計的時候，單片機的程序由藍牙部分和控制部分分開設(shè)計，兩部分程序測試正常以后組合在一起。單片機使用兩個IO口分別輸出PWM信號進行調(diào)光操作。將示波器分別接在分別接在IO口的輸出兩側(cè)，手機發(fā)送信號，觀測兩個IO口的輸出波形數(shù)據(jù)一致，信號穩(wěn)定。圖6-5 PWM50%時輸出波形圖6-6 PWM20%時輸出波形圖6-7 PWM70%時輸出波形圖6-8 PWM40%時輸出波形測試中測量得到一個周期時間為1.260ms和設(shè)計中的1.0851有一定差距
41、，但是考慮到11.0592MHZ的晶振在分頻時不如12MHZ的晶振精準，加上機械誤差，示波器校正，以及人工誤差，同時PWM頻率也能滿足調(diào)光需求，并且得到的輸出占空比經(jīng)計算與設(shè)置值相當，所以PWM波形輸出沒有問題。用手機藍牙串口助手發(fā)送字符給單片機，通過單片機程序?qū)?shù)據(jù)完全返回，觀察單片機返回的字符數(shù)據(jù)是否一致來判斷單片機與藍牙設(shè)備的程序正常與否。初次測試，經(jīng)手機發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，藍牙模塊顯示連接狀態(tài)，但是數(shù)據(jù)接收異常。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)波特率定時器按11.0592MHZ設(shè)計，實際使用12MHZ晶振。重新計算12MHZ晶振的初值，數(shù)據(jù)傳輸依然出錯。硬件修改為11.0592MHZ晶振，程序調(diào)試結(jié)果正常。
42、串口助手檢測數(shù)據(jù)發(fā)送反饋無誤。圖6-9 藍牙串口助手返回數(shù)據(jù)異常圖6-10 藍牙串口助手返回數(shù)據(jù)正常6.4 電源調(diào)試LED驅(qū)動電源由市電220V接入，用萬用表測量帶負載輸入輸出電壓電流。表6-1 電源輸入輸出測量輸入電壓輸出電壓輸入電流輸出電流220V37.7V50mA273mA=Uo*Io/（Ui*Ii）表6-2 電源功率計算輸入功率輸出功率電源轉(zhuǎn)化效率功率因素11W10.3V93.6%儀表限制未測量計算得到：輸入功率Wi=220V*50mA=11W輸出功率Wo=37.7V*273mA=10.2921電源轉(zhuǎn)化效率=10.2921/11.000*100%93.6%根據(jù)產(chǎn)品手冊，BP2865E功
43、率因素可以達到0.9以上。而本次設(shè)計由于沒有儀器測試功率因素，沒有測量。6.5 調(diào)光功能測試設(shè)計的最終目的是要達成在LED在市電中的使用并且實現(xiàn)調(diào)光功能。按設(shè)計好的電路一切焊接完成，將電源部分接入排插。用手機連接藍牙設(shè)備，連接成功，按鍵7文本內(nèi)容顯示為：已連接。分別按下不同按鍵發(fā)送數(shù)據(jù)，觀察LED在PWM信號全高電平，50%占空比，20%占空比的情況下的照明效果。3種情況比較20%占空比亮度最低，全高電平亮度最高，50%占空比亮度介于20%到全高電平之間。圖6-11 PWM信號20%時LED效果圖6-12 PWM信號50%時LED效果圖6-13 PWM信號全高電平時LED效果第7章 結(jié)論本次的
44、畢業(yè)設(shè)計，從LED驅(qū)動電源設(shè)計，手機、單片機軟件及硬件的設(shè)計介紹，展示測試效果，實現(xiàn)利用手機藍牙發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機，通過單片機發(fā)送PWM信號來控制LED驅(qū)動電路，實現(xiàn)12WLED照明燈的調(diào)光。展示了LED的一個發(fā)展方向。本次設(shè)計的系統(tǒng)中還存在一些不足：LED驅(qū)動電源采用非隔離式電源設(shè)計，安全性差?？刂齐娐穼ED驅(qū)動電源輸出進行控制，截止時電源處于空載狀態(tài)，對電源壽命有很大影響。從上述不足，本次設(shè)計的改進可以從LED驅(qū)動電源電路的修改，采用PWM控制芯片，PWM信號和電源調(diào)制輸出，可以有效避免空載問題。致謝語大學的生活即將畫上句號，感謝指導老師任志山老師在這最后畢業(yè)設(shè)計的時候提供的指導。從畢業(yè)設(shè)
45、計的構(gòu)思的討論，到對畢業(yè)設(shè)計的修改，和最后的成果每次老師都給了我很大的幫助。正是老師豐富的知識幫助我的畢業(yè)設(shè)計一點點能拿得出手，老師認真的態(tài)度也影響著我對設(shè)計傾注了更多的時間和精力。在這里我向任老師致以我誠摯的謝意。同時還感謝兩年來所有的科任老師和所有的同學們的指導和幫助。兩年來在學校的學習生活，是有了老師和同學們的指導，我才學習到了各多的知識，平時的生活中也是在同學老師的幫助，我才能在各個方面都有所成長。在此我要向他們表示由衷的感謝。再感謝我的舍友們，出門在外宿舍就是我的第二個家，和我維系著兄弟一般的感情，給了我家里一樣的感覺。最后感謝我的父母，養(yǎng)育之恩無以為報，在家里做畢業(yè)設(shè)計，缺少學校的
46、各種方便的儀器，也不方便找人請教，讓我制作的過程十分的艱辛，是家的溫暖在后方支持著我一點一點的完成作品。最后在論文即將完成之際，再次所有幫助過我的朋友們致謝。37參考文獻1David Wolber，MIT的Hal Abelson，Liz Looney編著App InventorCreate Your Own Android AppsMOReilly出版社，20112李婭菲，朱烜璋基于藍牙技術(shù)的智能家居遠程控制的研究J辦公自動化，2010年22期 3賀瑞良，趙宇紅基于藍牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議的數(shù)據(jù)包解析A中國電子學會第十五屆信息論學術(shù)年會暨第一屆全國網(wǎng)絡(luò)編碼學術(shù)年會論文集（上冊）C，2008年4鐘福金脈
47、沖寬度調(diào)制（PWM）系統(tǒng)發(fā)展綜述J國外自動化，1984年06期5徐建華LED技術(shù)應用與前景展望J科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2003年07期6鄧龍軍手機和單片機控制系統(tǒng)的理論與應用研究D廣東工業(yè)大學，2002年7大谷義彥，夏晨LED照明現(xiàn)狀與未來展望J中國照明電器，2007年06期8王靜基于單片機的數(shù)據(jù)串口通信D長江大學，2013年 9李元建藍牙與智能家居J電子技術(shù)，2007年02期45附錄附錄1附錄2附錄3#include #include unsigned char tmp;unsigned int c=0;unsigned char CYCLE;/*PWM周期長度*/unsigned char
48、count = 0;/*記錄中斷次數(shù)*/unsigned char PWM_ON1; /*PWM高電平時間計數(shù)*/unsigned char PWM_ON2; /*PWM高電平時間計數(shù)*/sbit LED1=P20; sbit LED2=P21;sbit LED3=P23;void init(); /串口初始化void send(unsigned char a);/單字節(jié)發(fā)送函數(shù)void ctrl(); /接收處理函數(shù)void delay() unsigned char i, j;for(j = 100; j; j-)for(i = 255; i; i-);void main()init();
49、IE = 0 x82; /*開定時器0中斷0 x82 = 10000010*/TR0 = 1; /*定時器0*/CYCLE = 10; /*十級亮度，即十級PWM*/ while(1) if(RI=1) RI = 0; tmp = SBUF; ctrl(); void init()/串口初始化 ES=0; /關(guān)中斷 SCON = 0 x50; / REN=1允許串行接受狀態(tài)，串口工作模式1 TMOD = 0 x21; TH1=TL1=0 xFD; / 波特率9600 PCON &= 0 x7f; / 波特率不倍增 TR1 = 1; /定時器1開始工作TI=0; RI=0; ES=1; PWM_
50、ON1=9; /初始化設(shè)置3個燈全亮 PWM_ON2=9; LED3=0; void send(unsigned char a)/單字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送TI=0;SBUF=a;while(TI=0);TI=0;if(c%2)/發(fā)送指示燈標志，每接收一次，此燈亮滅交替 LED3=1;else LED3=0;c+; void ctrl() /接收處理函數(shù) switch(tmp) case 1:delay();PWM_ON1=9; /收到字符1，指示燈1亮send(tmp);break;case 2: /收到字符2，指示燈1滅 delay();PWM_ON1=0; send(tmp); break;case
51、 3: /收到字符3，指示燈2亮 delay();PWM_ON2=9; send(tmp); break;case 4:/收到字符4，指示燈2滅 delay();PWM_ON2=0; send(tmp); break;case 5:/收到字符5，指示燈1，60%占空比 delay();PWM_ON1=5;send(tmp);break;case 6:/收到字符6，指示燈1,10%占空比delay();PWM_ON1=2;send(tmp);break;case 7:/收到字符7，指示燈2，60%占空比delay();PWM_ON2=5;send(tmp);break;case 8:/收到字符8，指示燈2，10%占空比delay();PWM_ON2=2;send(tmp);break; void time0_server() interrupt 1 using 1TH0 = (65536 - 100) / 256; TL0 = (65536 - 100) % 256; count+; if(count=10)count=0;if(count0&countPWM_ON1)LED1=0;if(count0&countPWM_ON2)LED2=0;
基于藍牙的手機控制LED照明燈系統(tǒng)的設(shè)計
