基于太陽能供電的可調(diào)色LED燈多控方式研究

張鴻翔 紀(jì)帥 孫會鵬 袁明飛 許秀英

摘 要 針對傳統(tǒng)單一顏色光源，設(shè)計一款新型可調(diào)色LED燈，可實現(xiàn)通過環(huán)境自動控制電源開關(guān)，藍(lán)牙CC2541實現(xiàn)人為控制LED燈的顏色，利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合產(chǎn)生256X256X256（即16777216）種顏色，形成不同光色的組合。同時可通過藍(lán)牙模塊調(diào)節(jié)亮度、顏色的自由變換。用太陽能電池板對蓄電池充電以便晚上實現(xiàn)照明和室內(nèi)裝飾的目的。

【關(guān)鍵詞】CC2541 可調(diào)色LED燈 太陽能電池板

現(xiàn)在人們使用的燈具種類繁多，發(fā)出的光線也是各式各樣，白熾燈已基本被取代，LED燈得到越來越多的應(yīng)用，這種照明裝置由兩層有機材料構(gòu)成，中間安有發(fā)光二極管，具有光線明亮，損耗小，壽命長等特點，可廣泛應(yīng)用于路燈、射光、燈飾、 射燈， 并且大功率LED可用于照明燈、路燈、工礦燈照明、舞臺燈。本系統(tǒng)開發(fā)的多色可調(diào)LED燈主要由三個模塊構(gòu)成，即太陽能供電模塊、LED等多種開啟關(guān)閉方式控制模塊，及關(guān)于三原色控制多色變化模塊。系統(tǒng)采用清潔能源，具有較高的節(jié)能環(huán)保社會價值與經(jīng)濟(jì)價值。燈光的多控方式的啟動便于使用。系統(tǒng)能更好地應(yīng)用于我們的生活，如應(yīng)用于夜景，室內(nèi)裝飾燈，陽臺燈等，既能夠更好地節(jié)約能源又能夠美化我們的生活場所，具有很強的實用價值，可廣泛地應(yīng)用于家庭裝飾，舞臺燈光燈。其優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能、節(jié)約燈光成本、實際應(yīng)用簡單。

1 系統(tǒng)電路設(shè)計與結(jié)構(gòu)

本設(shè)計以藍(lán)牙CC2541為控制核心，基于CC2541是一款針對Bluetooth低能耗以及私有2.4CC2541GHz應(yīng)用的功率優(yōu)化的真正片載系統(tǒng)（SoC）。它使得使用低總體物料清單成本建立強健網(wǎng)絡(luò)節(jié)點成為可能。將領(lǐng)先RF收發(fā)器的出色性能和一個業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051MCU、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存存儲器、8-KBRAM和很多其它功能強大的特性和外設(shè)組合在一起。CC2541非常適合應(yīng)用于需要超低能耗的系統(tǒng)。這由多種不同的運行模式指定，運行模式間較短的轉(zhuǎn)換時間進(jìn)一步使低能耗變?yōu)榭赡堋Ｍㄟ^光敏傳感器光電耦合器采集周圍環(huán)境的亮度，反饋給控制核心，進(jìn)一步作出電源通斷的響應(yīng)。

在白天通過太陽能電池板對蓄電池充電， 且此時，由光電耦合器采集光強，使燈具處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著時間的推移，當(dāng)周圍環(huán)境變暗時，由光敏電阻采集模塊給LED燈控制器一個命令，使LED燈處于預(yù)打開狀態(tài)，但燈不亮，需執(zhí)行人工允許后才能打開。以防室內(nèi)無人造成不必要的耗能，當(dāng)?shù)玫街魅嗽S可時，方可打開燈具，但此時的燈具顏色是自由律動，當(dāng)控制器接收到手機APP藍(lán)牙輸出的信號對燈的顏色、亮度、色溫進(jìn)行控制的命令，這時，藍(lán)牙接收模塊就會接受到相應(yīng)的指令傳給系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存存儲器8-KBRAM（預(yù)先應(yīng)已進(jìn)行相應(yīng)的燒錄）并根據(jù)已經(jīng)編程好的程序接受不同的命令進(jìn)行不同的處理，進(jìn)而控制燈具顏色。

燈的顏色控制通過色盤呈現(xiàn)，直觀清晰。此外，分別以R、G、B三個條紋分別控制紅、綠、藍(lán)各自的亮度和總亮度，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256X256X256（即16777216）種顏色，形成不同光色的組合。并且，當(dāng)處于自由律動時，可以當(dāng)作室內(nèi)裝飾燈用。呈現(xiàn)出不同的顏色以適合自己的最舒適感覺，并且藍(lán)牙的遙控范圍為10多米，可以說是室內(nèi)無死角控制，控制簡單又方便，光源顏色齊全。當(dāng)你熄燈時，就可以直接通過手機關(guān)閉。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計原理和組成部分的相應(yīng)研究中，應(yīng)保證所產(chǎn)生的電壓大于蓄電池電壓的1.2倍左右，此時才能將電流充入蓄電池中，太陽能電池板繼而通過蓄電池給整個LED照明系統(tǒng)供電。蓄電池輸出的為12v的直流電壓，對于系統(tǒng)中LED燈而言較高，所以應(yīng)進(jìn)行降壓處理，采用降壓模塊，應(yīng)用三端穩(wěn)壓集成電路LM7805對其降壓，以滿足大功率LED燈的額度電壓和CC2541的2—3.6v的電壓，經(jīng)過加壓處理后的就可以為其供電。

硬件部分用CC2541作為主控制器來控制整個太陽能LED照明系統(tǒng)。著重對太陽能充電控制電路、電源電路、功率管驅(qū)動電路、保護(hù)電路、光敏開關(guān)、以及LED恒流驅(qū)動部分進(jìn)行了硬件設(shè)計，并且通過軟件編程來完成整個系統(tǒng)程序的設(shè)計。通過藍(lán)牙模塊、LED恒流驅(qū)動部分采用XL6003來實現(xiàn)。通過驅(qū)動電路來獲得良好而平穩(wěn)的電流，使LED顯示更加均勻、漂亮，滿足各種場合的應(yīng)用要求。

基于可調(diào)色LED燈的控制流程，建立它的原理圖，主要由四部分組成，電源與開關(guān)、RGB燈電路、CC2541核心電路、CC2541燒錄口，由于RGB燈是共陽極，所以采用NMOS管驅(qū)動，采用PWM為2000HZ以上的頻率進(jìn)行編碼。

2 軟件編程

采用Keil uVision3軟件編寫C語言程序，在Proteus內(nèi)搭建仿真，將編寫成功的程序在Dialog Smart Snippets藍(lán)牙軟件平臺編譯，該平臺包含一個經(jīng)過認(rèn)證的藍(lán)牙智能單模片上協(xié)議棧。根據(jù)需要方便地定制和添加自己的配置文件。SmartSnippets軟件開發(fā)環(huán)境基于Keil的μVision工具，而藍(lán)牙發(fā)射部分由APP控制。

3 結(jié)論

本設(shè)計在CC2541的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了編程與傳輸，并且通過了實驗證實，以太陽能為整個系統(tǒng)的電源，應(yīng)用軟件編程，實現(xiàn)了可調(diào)色LED燈多控方式研究，在此基礎(chǔ)上可通過音頻檢測實現(xiàn)自動變換LED燈的律動頻率和閃爍顏色的進(jìn)一步開發(fā)，使室內(nèi)裝飾更豐富，簡單完成智能控制，從而使LED燈有更廣泛的應(yīng)用空間。

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作者簡介

張鴻翔，現(xiàn)為黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院學(xué)生。研究方向為農(nóng)業(yè)電氣化。

通信作者

許秀英（1978-），女，吉林省永吉縣人。碩士研究生學(xué)歷。現(xiàn)為黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)副教授，主要從事土壤墑情檢測與預(yù)測技術(shù)研究。

作者單位

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 黑龍江省大慶市 163000