基于蓝牙的stm32智能led灯光控制系统论文含程序.pdf
关蓓蓓 李猛 刘书威 丁航
摘 要：LED作为新一代绿色环保光源，因为具有高效率、低功耗、驱动电压低、寿命长等特点，在许多范围得到了广泛应用，基于LED制作的各种彩灯更是无处不在。文章依据三基色原理，采用PWM脉宽调制技术，设计了一种可以实现多种颜色变化的LED调色系统，并提出了一种基于NRF24L01的无线控制方案。该方案以STM32微处理器为主控核心，配置无线射频模块NRF24L01和2.4寸TFT触摸屏，用软件编写简单的人际界面实现LED彩灯亮度色彩的变换。该调色系统经实际应用，运行良好。
关键词：LED彩灯；三基色原理；NRF24L01；STM32处理器
中图分类号：TN312 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）36-0080-02
1 概述
LED（light-emitting diodes），即发光二极管，是一种固态的半导体器件，当两端加上正向电压时，根据不同的固体半导体发光材料，LED可以直接发出红、蓝、绿、黄等不同的颜色。LED因具有体积小、重量轻、寿命长、驱动电压较低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用等优点，应用范围越来越广泛。
本文采用红、绿、蓝三组LED灯，依据色彩合成的三基色原理，采用PWM脉宽调制技术，设计了一种可以实现多种颜色变换的LED调色系统。该调色系统由触摸屏彩灯控制器和LED三基色彩灯组成，两者之间通过NRF24L01无线射频模块进行通讯，从而实现短距离的无线控制LED彩灯，实现LED彩灯亮度色彩的变换，从而起到增添室内气氛、调节心情的作用。
2 LED调色原理
三基色是指红、绿、蓝三色，人眼对红、绿、蓝最为敏感，常见的多数颜色都是按照红、绿、蓝三种基本色以不同的比例混合产生的；同样的原理，常见的绝大多数单色光也能够分解成红、绿、蓝三种基本色光，这就是色度学的最基本原理，即三基色原理。
根据LED灯的发光原理，一定的直流电压或脉冲电压加在LED灯上，能使其正常发光，要改变LED灯的亮度，可通过改变直流电流大小或调节脉冲的占空比来实现，若要同时调节多路LED光源的亮度，进而调节LED光源的颜色，还需要具有三路以上PWM功能的单片机同时进行三路（三基色）LED灯的亮度的调节，继而利用光的三基色合成原理，改变三基色光中各基色的光强度，实现对LED灯的颜色的调节，同时，通过对LED灯发光周期的控制，实现LED灯亮度和色彩的周期变换。
图1 色度三角形
3 系统总体设计
该调色系统主要由触摸屏无线控制器（主控模块）和LED三基色彩灯（受控模块）两部分组成，两者之间通过NRF24L01无线射频模块进行通讯，实现短距离的无线控制LED彩灯的色彩变化，其系统结构框图如图2所示：
图2 系统框图
4 系统硬件设计
4.1 微处理器模块
因为LED灯的调色工作采用PWM脉宽调制技术来实现，所以选择的MCU应该具有三路PWM输出，另外由于系统采用NRF24L01进行无线通信，MCU还应该具有SPI接口，综合以上需要以及低成本、低功耗的需求，微控制器选择STM32处理器模块。
4.2 NRF24L01无线射频模块
NRF24L01是一种常用于短距离通信的无线通信器件，该器件内部具有无线收发器，主要由内置的放大器、振荡器、调制解调器等部分组成。NRF24L01的工作频率为全球通用的开放ISM频段，频率为2.4GHz，其工作模式有两种，内置SPI通信接口，处理器可以通过自身具有的SPI通信功能实现与NRF24L01的连接，具有低功耗、低成本的特点。
4.3 PT4115驱动电路
PT4115是一种常用于LED驱动的降压恒流源，具有连续的电流电感导通功能，通常能夠驱动多颗LED芯片。PT4115具有宽输入电压范围、输出电流可调的特点，输入电压通常从8V到30V之间，输出电流最大可达1.2A。该驱动芯片通过内置的功率开关来实现LED电流的控制，从而实现宽范围的PWM调光或者模拟调光，其驱动电路原理图如图3所示。
4.4 电源电路
LED三基色彩灯直接与220V交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一路为PT4115驱动模块提供12V工作电源，另一路经过LM2576-3.3降压到3.3V提供给STM32处理器及NRF24L01无线射频模块。
该触摸屏无线控制器由电池供电，所以该部分的电源电路采用了电源集成稳压芯片AMS1117，该芯片能够将电池电压稳压在3.3V，以便更好的提供给微控制器和2.4寸TFT触摸屏，用于其正常工作。
5 系统软件设计
5.1 主控模块程序设计
主控模块系统启动后，首先完成系统初始化，包括单片机I/O端口初始化、TFT初始化以及NRF24L01初始化，然后执行人机交互界面函数，选择完所要实现的颜色后，通过NRF24L01将数据传输给受控模块，实现颜色的变化。
5.2 受控模块程序设计
受控模块系统所要实现的功能是根据主控模块发生过来的数据，将数据信息处理后，利用PWM脉宽调制技术去控制LED三基色灯发出各种各样的颜色，从而达到炫彩的效果。
6 结束语
LED作为新一代的高效节能光源，因为具有节能、环保、高效等优势被应用到越来越多的场合，基于LED设计的各种彩灯由于其丰富的色彩、价格低廉等特点，在日常生活中的应用更是越来越广泛。本文设计的这套LED调色系统在发光亮度调节、色彩调节等方面具有较好的灵活性，可以应用到LED艺术彩灯的制作当中。
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