基于蓝牙的家庭智能照明系统设计

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1、基于蓝牙的家庭智能照明系统设计殳佳辉吴旦旦沈阳荆泽叶国文丽水学院工程与设计学院浙江丽水323000课题为浙江省新苗人才资助项目（项目号：2015R429348）【文章】随着X络的普及和蓝牙技术的发展，我们设计了一种家庭智能照明控制系统。该系统以作为控制终端,以TI公司的CC2540作为控制核心，包括LED驱动模块，MCU控制模块，以及电源模块。可以通过终端调节LED颜色变化以及开关灯。【关键词】CC2540；蓝牙；模块；终端0引言随着时代的发展，电子技术的进步，人们的生活水平得到了改善，对家庭生活的便

2、捷、舒适也提出了更高的要求，伴随着住宅智能化技术的不断发展，家庭照明作为家庭生活的一个重要部分，也逐步向智能化方向发展。与此同时，随着经济的增长人们的生活水平不断提高，人们对居室的灯光效果要求也越来越高。人们希望在居室中进行不同活动能够获得不同的照明体验。而采用智能照明系统恰好能满足人们对丰富多彩生活的需要，所以无论从节能角度还是从构造一个舒适的生活环境角度来讲，开展智能照明的研究都是有必要的。LED作为一种新型的绿色光源，逐渐进入了寻常百姓家，相比传统的照明产品，它具有高效节能、环保、显色性好、寿命

3、长、体积小、安全可靠等特点，可以广泛应用于城市夜景、装饰、体育场馆、普通照明和市政工程等领域。本文设汁了一种新的控制方式，通过智能蓝牙无线控制来实现LED照明的调光、控制的方案，具有系统体积小、功耗低、易操作等特点，通过实际测试，能够达到方便人们的家庭生活的目的。1系统设计及工作原理该系统是通过终端来控制LED灯的开关和灯颜色变换的家庭智能照明系统。采用标准的蓝牙BLE4.0通信协议，最多可以同时控制8个蓝牙设备。系统总体设计包括:LED蓝牙灯设计和终端应用设计，系统总体架构如图1所示。系统功能:该系

4、统以终端为X络核心,可以与多个LED蓝牙灯组成星型X络结构,实现点对点或点对多的控制。蓝牙灯上电时，会自动发送广播信号。当打开APP时，内置的蓝牙搜索周边环境的蓝牙信号,此时若是周边环境有蓝牙LED灯,则它会主动向终端发送连接请求。若用户同意蓝牙LED灯的请求,则终端就可以通过应用软件对该蓝牙LED灯进行调光、控制操作。2硬件电路设计本系统硬件主要分为以下几个模块：电源模块、MCU控制模块、蓝牙数据传输模块、LED驱动模块、系统硬件框图如图2所示。2.1LED驱动模块主要通过MCU输出的P来控制MOS

5、管组成的X络开关。MOS管选用美国万代公司生产的P沟道A03401，该MOS管采用SOT-23贴片小型封装，非常适合在LED球泡灯中PCB空间较小的场合。X络开关的原理如下，MCU分别输出R、G、B、信号，LED+、LED-接直流24V电压，每个MOS管控制一组颜色的LED。当P为高电平时，MOS管导通，相应的LED被短路，呈灭的状态。当P转换成低电平时，MOS管截止，相应的LED点亮。P值的范围为0~255，当为0时，LED最亮，反之亦然。通过改变不同通道的P值，即可改变LED灯的颜色、亮度了。其原

6、理图如下图3：2.2MCU控制单元CC2540是美国TI公司生产的一款高性价比，低功耗的正在片上系统（Soc）解决方案，适合蓝牙低耗能应用，它使低总体物料清单成本建立强健的X络节点成为可能。CC2540包含一个出色的工业标准的8051内核的RF收发器，系统编程闪存记忆，8KBRAM和其他功能强大的配套特征以及外设。CC2540适用于低功耗系统，超低的睡眠模式，以及运行模式的超低功耗的转换进一步实现了超低功耗。CC2540有2种不同的版本:CC2540及CC2541，两者主要的区别是：前者带用I2C接口

7、，后者为USB接口。此外，CC2540的发射功率要大于CC2541。CC2540的最小系统控制图如下图4：2.3电源模块蓝牙灯主要需要两路电源，一路供给MCU，另外一路为LED驱动电源。单片机的功耗很低，但对电源质量要求较高。所以选用一颗低压差的LDOMBJ1117-3.3。该LDO最大可输入18V电压，最大电流可达1A。由于MCU的功耗很低，可选用SOT-223小型封装。如图5所示。LED电源可采用开关电源隔离设计，可以提高LED的安全性。其原理图如下图6所示：该方案采用TK5401为核心的电源方案

8、，因芯片其内部集成了高压功率MOS管及控制电路，可以省略DC电源部分的电解电容。从而实现了小型化、低成本，因省略了电解电容，还可以进一步延长LED灯的寿命。3软件设计及程序框图本设计的软件流程图，CC2540上电后：首先进行系统配置初始化(包括MCU定时器、串口的初始化，蓝牙的初始化），接着，初始化结束后，蓝牙会主动搜索周围环境的终端发送连接请求。末了待用户同意LDE蓝牙灯的连接请求后，LDE蓝牙灯将轮流检测是否收到终端发送的命令，进而处理相关的指令。软