一种用手机蓝牙控制开关及亮度的LED灯方案设计

摘 要： 随着手机的便利性，越来越多的使用者倾向于通过手机来控制家庭电器开关。本文主要研究安卓智能手机通过蓝牙通讯控制LED灯的方案可行性以及各个模块的设计实现。通过在LED灯内部设计安装蓝牙模块和智能手机应用的通讯，从而达到对LED灯进行开关及亮度控制的目的。

关键词： 智能手机；蓝牙通讯；LED灯

一、 前言

随着手机的普及率提高，大多数成年人晚上睡觉前都有躺在床上看手机的习惯，对于床头没有吊灯开关的房间，需要下床去关灯很不方便，而直接用手机控制吊灯就比较方便。另外如果关了房间灯在黑暗中看手机，会因为手机强光直射眼睛，诱发严重的眼睛疾病或导致失明，因此保证适宜的环境亮度也是健康使用手机的关键。

综合以上，采用手机实现房间灯的开关、亮度控制，从其实用性、便利性以及提高生活品质等方面已经成为未来的一个方向，另外采用高效的LED灯也为了环保节能；蓝牙技术是一种短距离、低成本的通讯技术，对于本文描述的手机通过蓝牙控制LED灯的场景应用具有普遍意义及实用性，且有利于最终产品的民用推广。

二、 硬件设计

第一、 硬件由如下四部分组成：

1. 电源模块，由两节5号电池（1.5V）串联而成，给整个系统提供3伏直流电；

2. 控制模块，由一个单片机（MCU）及其外围电路组成；其中单片机内部烧录了程序软件，可以通过通讯口解析下述蓝牙模块发来的命令；本项目使用STC的STC12LE5201AD单片机。该单片机指令完全兼容8051 CPU，SSOP20封装，2.2V～3.6V供电，内置1KB程序空间，256B的RAM，有一路串口，有两路PWM输出；

3. SPP蓝牙模块，由一块蓝牙模块组成，该模块仅有4根接线，其中2根为3伏电源和地线，另外两根是和控制模块通讯用的数据线，通讯接口使用串口（UART）；

4. LED灯及驱动部分，由一颗高亮度LED灯及其电路构成；LED灯规格为3.0V，350mA，需要三极管放大电流再控制MOS管开关，LED_PWM0连接单片机的18脚。单片机输出高电平则LED灯亮，低电平则LED灯灭；

第二、 系统实现原理

本发明是基于标准SPP蓝牙模块，该模块的特点是手机连接蓝牙后发送的命令完全透明，也即手机端发的任何信息都可以在模块串口输出，单片机通过串口和蓝牙模块沟通。其中手机端安装一款通用的应用程序（APP），目前仅支持安卓手机下载，应用名称为蓝牙串口.APK；因此可以将开灯、关灯、亮度调整的数据通过蓝牙发给单片机的串口，单片机通过软件解析出串口的命令，并执行相应的动作即可。

其中开灯、关灯控制，单片机相应输出高电平、低电平即可，对应手机按键1、按键2；

亮度调整，手机应用采用第一个滑条控制，最左面为最暗，最右面为最亮；

单片机接收到上述串口命令后，会输出一定频率的脉宽可调整信号（PWM），为避免人眼感觉到灯光明显得闪烁，开关频率不宜过低，实际在10kHz以上。如果要求亮度高則高电平宽度增加，要求亮度低则高电平宽度减小，也即通过调整PWM的占空比来改变亮度。

三、 软件设计

第一、 软件串口协议规范：

开灯：按键1发送的命令，16进制数据为：A5 5A 04 B1 B5 AA；

关灯：按键2发送的命令，16进制数据为：A5 5A 04 B2 B6 AA；其中0×A5，0×5A为数据包头，作为识别数据开始的标识；0×04表示后面数据长度为4字节；0×B1为命令字节，表示开灯；0×B5为校验和，0×04+0×B1=0×B5，如果超过一字节则只保留一字节；0×AA为包尾，作为数据包结束的标志。

亮度调整，手机滑动条发送的命令，16进制数据格式为：A5 5A 05 F1 00 F6 AA，其中0×00 0×F6为可变项，是实际亮度信息。前面0×A5，0×5A仍然为数据包头；0×05表示后面数据长度为5字节；0×F3为命令字节，表示调整亮度；第4字节是亮度信息，0×00表示最暗，0×FF表示最亮，亮度信息从0到0×FF共255级调整；0×F6为校验和，0×05+0×F1+0×00=0×F6；0×AA为包尾。

第二、 软件设计流程：

1. 开始、上电初始化

2. 串口接收命令，如果是开灯命令，单片机18脚常输出高电平；

3. 如果是关灯命令，单片机18脚常输出低电平；

4. 如果是亮度信息，单片机18脚输出相应占空比的PWM信号；

程序代码文中省略；

四、 项目创新及意义

本项目把家庭灯光的控制巧妙地和手机蓝牙联系起来，不仅能够控制电灯的开、关，而且能够调整灯光的亮度，其中把亮度分为0～255共256个等级，这样细分的结果是每个人都可以个性化调整自己需要的亮度，能最大保证房间内的光线舒适性，不至于因为强光刺眼，或者光线太暗而影响视力。目前文献及搜索到的资料显示市面上仅有蓝牙控制的开关，并没有亮度调整功能。

五、 后期展望

目前本发明暂未接入220伏交流电，仅用3伏干电池控制LED灯作为演示。将来使用220伏交流供电以及大功率灯泡驱动后可以投入民用。

另外本发明仅控制单个LED灯的开关、亮度，后期可以采用红色、绿色、蓝色三色灯组合，三个灯分别控制。根据三基色原理，红色+蓝色=品红，红色+绿色=黄色，绿色+蓝色=青色，红色+绿色+蓝色=白色，每个灯的亮度有255个状态，可以组合出255×255×255≈1600万种颜色，这样每个人家里的灯都是独一无二的颜色，既展现了个性又极具格调。

参考文献：

[1]孙育才.MSC51系列单片微型计算机机器应用（第三版）[M].

[2]SPPCA蓝牙模块技术手册.

[3]STC12LE5201AD单片机数据资料.

作者简介：

胡进晗，甘肃省白银市靖远县第一中学。endprint