智能燈泡最近已經(jīng)越來越流行，并且正穩(wěn)步成為智能家居工具包的關(guān)鍵部分。智能燈泡使用戶可以通過用戶智能手機上的特殊應(yīng)用程序來控制其燈光?？梢源蜷_和關(guān)閉燈泡，并且可以從應(yīng)用程序界面更改顏色。在本文中，我們將描述一個實現(xiàn)智能燈泡控制器的項目，該控制器可以通過手動按鈕或移動應(yīng)用程序通過藍牙進行控制。為了給該項目增加一些個性，我們添加了一些功能，這些功能使用戶可以從應(yīng)用程序界面中包含的顏色列表中選擇一種照明顏色。它還可以激活“自動混合”以生成色彩效果并每半秒鐘更改一次照明。用戶可以使用PWM功能創(chuàng)建其色彩混合，該功能也可以用作三種基本顏色（紅色，綠色，藍色）的調(diào)光器。我們還在電路中添加了外部按鈕，以便用戶可以切換到手動模式并通過外部按鈕更改燈的顏色。

本文由兩部分組成；GreenPAK?設(shè)計（請參閱其他應(yīng)用程序示例）和Android應(yīng)用程序設(shè)計。GreenPAK設(shè)計基于使用UART接口進行通信。選擇UART是因為大多數(shù)藍牙模塊以及大多數(shù)其他外圍設(shè)備（例如WIFI模塊）都支持UART。因此，GreenPAK設(shè)計可用于多種連接類型。

為了構(gòu)建該項目，我們將使用SLG46620CMIC，藍牙模塊和RGB LED。
GreenPAK IC將成為該項目的控制核心。它從藍牙模塊和/或外部按鈕接收數(shù)據(jù)，然后開始所需的步驟以顯示正確的照明。
它還產(chǎn)生PWM信號并將其輸出到LED。下面的圖1顯示了框圖。

圖1：框圖

該項目中使用的GreenPAK器件在一個IC中包含一個SPI連接接口，PWM模塊，F(xiàn)SM和許多其他有用的附加模塊。它還具有體積小，能耗低的特點。這將使制造商能夠使用單個IC來構(gòu)建小型實用電路，從而與類似系統(tǒng)相比可將生產(chǎn)成本降至最低。

在此項目中，我們將控制一個RGB LED。為了使該項目在商業(yè)上可行，系統(tǒng)可能需要通過并聯(lián)連接多個LED并使用適當?shù)?a target="_blank">晶體管來提高發(fā)光度。電源電路也必須考慮在內(nèi)。該項目已實施并進行了審查。

GreenPAK設(shè)計

在GreenPAK Designer軟件中實現(xiàn)的設(shè)計包括UART接收器，PWM單元和控制單元（可以在此處找到整個設(shè)計文件）

a）UART接收器

首先，我們需要設(shè)置藍牙模塊。大多數(shù)藍牙IC支持UART協(xié)議進行通信。UART代表通用異步接收器/發(fā)送器。UART可以在并行和串行格式之間來回轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它包括一個串行到并行的接收器和一個并行到串行的轉(zhuǎn)換器，它們都分別時鐘控制。

藍牙模塊中接收到的數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)轿覀兊腉reenPAK設(shè)備。Pin10的空閑狀態(tài)為高電平。發(fā)送的每個字符均以邏輯低起始位開始，隨后是可配置數(shù)量的數(shù)據(jù)位和一個或多個邏輯高終止位。

UART發(fā)送器發(fā)送1個START位，8個數(shù)據(jù)位和1個STOP位。通常，UART藍牙模塊的默認波特率是9600。我們會將數(shù)據(jù)字節(jié)從藍牙IC發(fā)送到GreenPAK。SLG46620的SPI模塊。

由于GreenPAK SPI模塊沒有START或STOP位控制，因此我們將使用這些位來啟用和禁用SPI時鐘信號（SCLK）。當Pin10變?yōu)長OW時，我們知道我們已經(jīng)收到一個START位，因此我們使用PDLY下降沿檢測器來識別通信的開始。該下降沿檢測器為DFF0提供時鐘，從而使SCLK信號為SPI模塊提供時鐘。

我們的波特率為每秒9600位，因此我們的SCLK周期需要為1/9600 = 104 μs。因此，我們將OSC頻率設(shè)置為2MHz，并使用CNT0作為分頻器。

2 MHz – 1 = 0.5 μs

（104 μs / 0.5 μs）– 1 = 207

因此，我們希望CNT0計數(shù)器的值為207。為確保不會丟失任何數(shù)據(jù)，我們需要將SPI時鐘延遲半個時鐘周期，以便在適當?shù)臅r間為SPI模塊計時。我們通過使用CNT6、2位LUT1和OSC模塊的外部時鐘來完成此操作。CNT6的輸出直到DFF0被計時后的52 μs才變?yōu)楦唠娖?，這是我們104 μs SCLK周期的一半。當CNT6為高電平時，2位LUT1 AND門允許2MHz OSC信號進入EXT。CLK0輸入，其輸出連接到CNT0。

圖2：系統(tǒng)圖

b）PWM單元

使用PWM0和相關(guān)的時鐘脈沖發(fā)生器（CNT8 / DLY8）產(chǎn)生PWM信號。由于脈沖寬度是用戶可控制的，因此我們使用FSM0（可以連接到PWM0）對用戶數(shù)據(jù)進行計數(shù)。

在SLG46620中，8位FSM1可與PWM1和PWM2一起使用。必須連接藍牙模塊，這意味著必須使用SPI并行輸出。SPI并行輸出位0到7與DCMP1，DMCP2和LF OSC CLK的OUT1和OUT0復(fù)用。PWM0從16位FSM0獲得其輸出。保持不變，這將導致脈沖寬度過載。為了將計數(shù)器值限制為8位，添加了另一個FSM。FSM1用作指針，以了解計數(shù)器何時達到0或255。FSM0用于生成PWM脈沖。FSM0和FSM1必須同步。由于兩個FSM都有預(yù)設(shè)的時鐘選項，因此CNT1和CNT3用作將CLK傳遞給兩個FSM的中介。這兩個計數(shù)器被設(shè)置為相同的值，對于本文來說是25。我們可以通過更改這些計數(shù)器值來更改PWM值的變化率。

FSM的值通過來自SPI并行輸出的信號“ +”和“-”來增加和減少。

圖3：PWM單元設(shè)計

在控制單元內(nèi)，接收到的字節(jié)從藍牙模塊獲取到SPI并行輸出，然后傳遞給相關(guān)的功能。首先，將檢查PWM CS1和PWM CS2輸出，以查看PWM模式是否被激活。如果它被激活，它將確定哪個通道將通過LUT4，LUT6和LUT7輸出PWM。

LUT9，LUT11和LUT14負責檢查其他兩個LED的狀態(tài)。LUT10，LUT12和LUT13檢查“手動”按鈕是否已激活。如果啟用了“手動”模式，則RGB輸出將根據(jù)D0，D1，D2輸出狀態(tài)進行操作，每次按“顏色”按鈕都會更改這些狀態(tài)??。它隨著來自CNT9的上升沿而變化，CNT9用作上升沿去抖動器。

引腳20被配置為輸入，用于在手動和藍牙控制之間切換。

如果禁用了手動模式并激活了自動混頻器模式，則顏色每500毫秒更改一次，且上升沿來自CNT7。4位LUT1用于防止D0 D1 D2處于'000'狀態(tài)，因為這種狀態(tài)會導致在自動混頻器模式下燈熄滅。

如果未激活手動模式，PWM模式和自動混頻器模式，則紅色，綠色和藍色SPI命令將流向配置為輸出并連接到外部RGB LED的引腳12、13和14。

圖4：系統(tǒng)圖

DFF1，DFF2和DFF3用于構(gòu)建3位二進制計數(shù)器。在自動混頻器模式下，計數(shù)器值隨著通過P14的CNT7脈沖或在手動模式下從“顏色”按鈕（PIN3）發(fā)出的信號而增加。

Android應(yīng)用程式

在本節(jié)中，我們將構(gòu)建一個Android應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序?qū)⒈O(jiān)視和顯示用戶的控件選擇。該界面包括兩個部分：第一部分包含一組具有預(yù)定義顏色的按鈕，以便在按下這些按鈕中的任何一個時，相同顏色的LED會點亮。第二部分（MIX正方形）為用戶創(chuàng)建混合色。

在第一部分中，用戶選擇希望PWM信號通過的LED引腳。PWM信號一次只能傳遞到一個引腳。下部列表在PWM模式下邏輯上控制其他兩種顏色的開/關(guān)。

自動混音器按鈕負責運行自動變光模式，在該模式下，燈光每半秒改變一次。MIX部分包含兩個復(fù)選框列表，因此用戶可以決定將兩種顏色混合在一起。

我們使用MIT應(yīng)用程序發(fā)明者網(wǎng)站構(gòu)建了該應(yīng)用程序。該站點允許您在沒有使用圖形軟件模塊的軟件經(jīng)驗的情況下構(gòu)建Android應(yīng)用程序。

首先，我們通過添加一組按鈕來顯示預(yù)定義的顏色來設(shè)計圖形界面，還添加了兩個復(fù)選框列表，每個列表包含3個元素。每個元素都在其單獨的框中概述，如圖5所示。

圖5：應(yīng)用程序界面

用戶界面中的按鈕鏈接到軟件命令：應(yīng)用程序?qū)⑼ㄟ^藍牙發(fā)送的所有命令均采用字節(jié)格式，每個位負責特定功能。
表1顯示了發(fā)送到GreenPAK的命令幀的形式。

表1：位幀表示

前三位B0，B1和B2將通過預(yù)定義顏色的按鈕在直接控制模式下保持RGB LED的狀態(tài)。因此，單擊它們中的任何一個時，將發(fā)送按鈕的相應(yīng)值，如表2所示。

表2：命令位代表

位B3和B4包含“ +”和“-”命令，負責增加和減少脈沖寬度。按下按鈕時，位值為1；釋放按鈕時，位值為0。

B5和B6位負責選擇PWM信號將通過的引腳（顏色）：這些位的顏色標識如表3所示。最后一位B7負責激活自動混頻器。

表3：PWM通道選擇位

圖6和圖7演示了將按鈕與編程塊鏈接的過程，這些編程塊負責發(fā)送先前的值。

圖6：按鈕編程塊

圖7：發(fā)送“ +”和“-”命令幀

下面的圖8顯示了頂層電路圖

圖8：電路圖

該控制器已經(jīng)過成功測試，并且顏色混合以及其他功能都可以正常工作。

結(jié)論

在本文中，構(gòu)建了一個智能燈泡電路以由Android應(yīng)用程序進行無線控制。該項目中使用的GreenPAK CMIC還有助于縮短照明控制的必要組件并將其嵌入到一個小型IC中。

編輯：hfy