基于太陽能供電的可調色LED燈多控方式研究

張鴻翔 紀帥 孫會鵬 袁明飛 許秀英

摘 要 針對傳統單一顏色光源，設計一款新型可調色LED燈，可實現通過環境自動控制電源開關，藍牙CC2541實現人為控制LED燈的顏色，利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合產生256X256X256（即16777216）種顏色，形成不同光色的組合。同時可通過藍牙模塊調節亮度、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照明和室內裝飾的目的。

【關鍵詞】CC2541 可調色LED燈 太陽能電池板

現在人們使用的燈具種類繁多，發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用，這種照明裝置由兩層有機材料構成，中間安有發光二極管，具有光線明亮，損耗小，壽命長等特點，可廣泛應用于路燈、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。本系統開發的多色可調LED燈主要由三個模塊構成，即太陽能供電模塊、LED等多種開啟關閉方式控制模塊，及關于三原色控制多色變化模塊。系統采用清潔能源，具有較高的節能環保社會價值與經濟價值。燈光的多控方式的啟動便于使用。系統能更好地應用于我們的生活，如應用于夜景，室內裝飾燈，陽臺燈等，既能夠更好地節約能源又能夠美化我們的生活場所，具有很強的實用價值，可廣泛地應用于家庭裝飾，舞臺燈光燈。其優點是能夠實現節能、節約燈光成本、實際應用簡單。

1 系統電路設計與結構

本設計以藍牙CC2541為控制核心，基于CC2541是一款針對Bluetooth低能耗以及私有2.4CC2541GHz應用的功率優化的真正片載系統（SoC）。它使得使用低總體物料清單成本建立強健網絡節點成為可能。將領先RF收發器的出色性能和一個業界標準的增強型8051MCU、系統內可編程閃存存儲器、8-KBRAM和很多其它功能強大的特性和外設組合在一起。CC2541非常適合應用于需要超低能耗的系統。這由多種不同的運行模式指定，運行模式間較短的轉換時間進一步使低能耗變為可能。通過光敏傳感器光電耦合器采集周圍環境的亮度，反饋給控制核心，進一步作出電源通斷的響應。

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，使燈具處于關閉狀態，隨著時間的推移，當周圍環境變暗時，由光敏電阻采集模塊給LED燈控制器一個命令，使LED燈處于預打開狀態，但燈不亮，需執行人工允許后才能打開。以防室內無人造成不必要的耗能，當得到主人許可時，方可打開燈具，但此時的燈具顏色是自由律動，當控制器接收到手機APP藍牙輸出的信號對燈的顏色、亮度、色溫進行控制的命令，這時，藍牙接收模塊就會接受到相應的指令傳給系統內可編程閃存存儲器8-KBRAM（預先應已進行相應的燒錄）并根據已經編程好的程序接受不同的命令進行不同的處理，進而控制燈具顏色。

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

太陽能光伏發電系統的設計原理和組成部分的相應研究中，應保證所產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照明系統供電。蓄電池輸出的為12v的直流電壓，對于系統中LED燈而言較高，所以應進行降壓處理，采用降壓模塊，應用三端穩壓集成電路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。著重對太陽能充電控制電路、電源電路、功率管驅動電路、保護電路、光敏開關、以及LED恒流驅動部分進行了硬件設計，并且通過軟件編程來完成整個系統程序的設計。通過藍牙模塊、LED恒流驅動部分采用XL6003來實現。通過驅動電路來獲得良好而平穩的電流，使LED顯示更加均勻、漂亮，滿足各種場合的應用要求。

基于可調色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、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管驅動，采用PWM為2000HZ以上的頻率進行編碼。

2 軟件編程

采用Keil uVision3軟件編寫C語言程序，在Proteus內搭建仿真，將編寫成功的程序在Dialog Smart Snippets藍牙軟件平臺編譯，該平臺包含一個經過認證的藍牙智能單模片上協議棧。根據需要方便地定制和添加自己的配置文件。SmartSnippets軟件開發環境基于Keil的μVision工具，而藍牙發射部分由APP控制。

3 結論

本設計在CC2541的基礎上實現了編程與傳輸，并且通過了實驗證實，以太陽能為整個系統的電源，應用軟件編程，實現了可調色LED燈多控方式研究，在此基礎上可通過音頻檢測實現自動變換LED燈的律動頻率和閃爍顏色的進一步開發，使室內裝飾更豐富，簡單完成智能控制，從而使LED燈有更廣泛的應用空間。

參考文獻

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作者簡介

張鴻翔，現為黑龍江八一農墾大學信息技術學院學生。研究方向為農業電氣化。

通信作者

許秀英（1978-），女，吉林省永吉縣人。碩士研究生學歷。現為黑龍江八一農墾大學副教授，主要從事土壤墑情檢測與預測技術研究。

作者單位

黑龍江八一農墾大學 黑龍江省大慶市 163000