蓝牙多功能智能灯控制系统设计

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随着工业4.0的推进，现代化与科技化也逐渐在日常生活中凸显，智能家居理念也越来越受大众所推崇。本文基于智能生活理念，设计了一款利用蓝牙技术的多功能智能灯，通过手机等无线终端，可以对智能灯进行定时开关、亮度调节、光色调节等控制。本设计操作简便，智能环保，应用广泛。随着科技的不断进步，人民生活水平不断提高，电器也在人们的日常生活中普及，传统的家居灯功能单一、操控性固化，已渐渐难以满足人们对家居环境的体验需求，同时传统灯不能根据周围环境而合理的调节而造成了巨大的能源浪费。多功能智能灯将无线控制系统融入到日常生活，方便了人们的日常生活，增强了人们对科技的体验感。在该设计系统中，通过手机等无线设备与智能灯进行连接，设定灯的开关时间、光的强弱、光色调节，智能灯也能根据环境变化而自我调节光强，降低了能源损耗，最大程度满足人们智能生活的需求。

1总体设计

该智能灯控制系统以STM32F103芯片为核心控制芯片，控制系统的组成模块电路包括：电压转化电路、STM32F103最小系统电路、蓝牙接收电路、光敏传感器电路。系统控制程序采用C语言编程。当智能灯与无线设备进行蓝牙连接后，无线设备向智能灯发送指令，蓝牙接收到指令后递交给核心处理器进行相应的功能操作。

2系统组成电路设计

2.1STM32F103芯片

STM32F103芯片属于Cortex—M3内核的32位ARM微控制器，Flash选用64k，其芯片集成定时器、ADC、UART等多种功能。选用该款芯片能够直接提供所需的定时器、串口、IO等资源，利用PWM占空比进行光强调节，能够接收和处理蓝牙收到的数据，同时该款芯片还有功耗低的特点。

2.2电源模块

对于整个控制系统而言电源模块是基础，其作用是给整个系统提供正常工作所需要的稳定、可靠的电压，要满足系统中不同模块对应的需求，使核心控制系统和外拓展模块正常稳定工作。在该系统中则需要将标准的220V家用电转换成为STM32F103芯片工作的3.3V电压和蓝牙模块（HC-05）所需的5V电压。对于电源模块电路要求也是相对较高，在该电路制作中选用LM7805和TPS7333两款电源芯片，用于设计线性稳压电源模块电路，相对其他电路而言，该款电路输出电压质量高、文波小。为解决该种电路在电压差较大变换效率低的问题，在设计上则先由220V电压变换为12V电压，12V再经线性稳压电源变换为3.3V。在CAD绘制完电路并印刷成电路板后，则需实际测量输出电压大小及其波形。

2.3蓝牙收发电路

现阶段我国智能手机已经普及，绝大部分手机也有蓝牙功能，使用起来也比较便捷，将手机等无线设备当做主机，将智能灯端作为从机，将控制系统与手机进行无线连接，通过手机蓝牙发送不同的指令来实现不同功能的控制。在整个控制系统中搭建无线模块时，可选用市面上常见的HC-05蓝牙模块，对手机发送的信息的存储和处理则需要利用STM32F103芯片的UART1资源。在硬件电路上对蓝牙进行稳压供电后，可直接将其RX、TX端口连接到STM32F103芯片的UART1资源配置端口RX1、TX1G，组合搭建出蓝牙接收模块电路。

2.4调光电路

在对智能灯亮度控制调节时，主要有两种方式：（1）光敏电路调节。将光敏电阻等光敏元器件并联在灯泡的主路上，当光照变强时阻值增大、串联端电压减小、主电路中电流也减小，智能灯亮度变弱。在主电路中加上开关，手动选择是否需要根据周围环境的光的强度的变化而自动改变小灯的亮度。该种控制方式可用于夜灯模式，早晨时，外界亮度逐渐变强，小灯的亮度逐渐变弱，尽可能的降低能耗。（2）PWM调节。该种调光方式则为软件调光，设定STM32F103芯片与智能灯连接的IO口方波输出频率，蓝牙接收值为一个固定输出周期内高电频时间，手机端向蓝牙发送不同数据，改变高电平在一周期占空比，从而实现对灯泡亮度的控制。

3系统软件设计

智能灯控制系统软件程序为C语言，在Keil5软件上进行编写和调试。在整个软件中主要对时钟、串口、IO口、PWM电压、中断进行设置。软件设计流程：（1）对STM32F103芯片IO口进行配置，连接小灯，能够实现开关；（2）配置定时器。初始化定时器1数据，编写定时器中断并配置其参数。（3）配置串口，设置对应的波特率，配对好蓝牙协议。将配置好的串口连接HC-05模块先与串口调试助手进行连接，测试蓝牙的连通性，观察收发数据是否正常。（4）设置小灯所连接IO口的PWM波。设定PWM周期20kHz，调节高低电平分布时间，改变占空比，实现对小灯亮度的调节。（5）设置手机端的蓝牙控制界面，编写控制功能及其指令，对应到程序中的相关参数。（6）测试手机到蓝牙指令的功能控制，并观察智能灯对应功能实现的状态。终端控制软件使用SPP蓝牙串口（APP），在使用智能灯前先需下载该款软件，它能够使用手机等无线设备的蓝牙与智能灯端蓝牙进行连接，并通过蓝牙将编辑的指令发送到智能灯控制芯片上来控制灯的状态。在手机APP终端可自由编辑所要发送的指令，并以类似按按钮的形式向智能灯发送指令，无线操控智能灯编号的选择、开关状态、亮度、开或关的定时，同时智能灯也会将自己状态实时发送反馈到手机控制终端上。总结：智能灯目前还仅仅是小规模的应用，但随着科技发展、生活水平的的提高，智能家居理念慢慢普及，智能灯在未来有着良好的应用前景。本文基于蓝牙设计的多功能智能灯对传统的电灯而言，控制方式有了极大地改善，同时对其功能进行了拓宽，将蓝牙的无线操控引入到了对灯的控制，增强产品科技体验感，智能灯能感应诸位环境亮度变化而调节自身亮度，降低了能源损耗同时便捷了人们的生活。

作者：黄泰 邱威 贾巍 单位：湖北文理学院汽车与交通工程学院