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(jī)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(gè)實(shí)現(xiàn)智能燈泡控制器的項(xiàng)目，該控制器可以通過手動(dòng)按鈕或移動(dòng)應(yīng)用程序通過藍(lán)牙進(jìn)行控制。為了給該項(xiàng)目增加一些個(gè)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(dòng)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(lán)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(dòng)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(jì)（請(qǐng)參閱其他應(yīng)用程序示例）和Android應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。GreenPAK設(shè)計(jì)基于使用UART接口進(jìn)行通信。選擇UART是因?yàn)榇蠖鄶?shù)藍(lán)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(jì)可用于多種連接類型。

為了構(gòu)建該項(xiàng)目，我們將使用SLG46620CMIC，藍(lán)牙模塊和RGB LED。
GreenPAK IC將成為該項(xiàng)目的控制核心。它從藍(lán)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(hào)并將其輸出到LED。下面的圖1顯示了框圖。

圖1：框圖

該項(xiàng)目中使用的GreenPAK器件在一個(gè)IC中包含一個(gè)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(diǎn)。這將使制造商能夠使用單個(gè)IC來構(gòu)建小型實(shí)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(xiàng)目中，我們將控制一個(gè)RGB LED。為了使該項(xiàng)目在商業(yè)上可行，系統(tǒng)可能需要通過并聯(lián)連接多個(gè)LED并使用適當(dāng)?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(xiàng)目已實(shí)施并進(jìn)行了審查。

GreenPAK設(shè)計(jì)

在GreenPAK Designer軟件中實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)包括UART接收器，PWM單元和控制單元（可以在此處找到整個(gè)設(shè)計(jì)文件）

a）UART接收器

首先，我們需要設(shè)置藍(lán)牙模塊。大多數(shù)藍(lán)牙IC支持UART協(xié)議進(jìn)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(gè)串行到并行的接收器和一個(gè)并行到串行的轉(zhuǎn)換器，它們都分別時(shí)鐘控制。

藍(lán)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(gè)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(gè)或多個(gè)邏輯高終止位。

UART發(fā)送器發(fā)送1個(gè)START位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)STOP位。通常，UART藍(lán)牙模塊的默認(rèn)波特率是9600。我們會(huì)將數(shù)據(jù)字節(jié)從藍(lán)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(shí)鐘信號(hào)（SCLK）。當(dāng)Pin10變?yōu)長OW時(shí)，我們知道我們已經(jīng)收到一個(gè)START位，因此我們使用PDLY下降沿檢測(cè)器來識(shí)別通信的開始。該下降沿檢測(cè)器為DFF0提供時(shí)鐘，從而使SCLK信號(hào)為SPI模塊提供時(shí)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(jì)數(shù)器的值為207。為確保不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)，我們需要將SPI時(shí)鐘延遲半個(gè)時(shí)鐘周期，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間為SPI模塊計(jì)時(shí)。我們通過使用CNT6、2位LUT1和OSC模塊的外部時(shí)鐘來完成此操作。CNT6的輸出直到DFF0被計(jì)時(shí)后的52 μs才變?yōu)楦唠娖剑@是我們104 μs SCLK周期的一半。當(dāng)CNT6為高電平時(shí)，2位LUT1 AND門允許2MHz OSC信號(hào)進(jìn)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(shí)鐘脈沖發(fā)生器（CNT8 / DLY8）產(chǎn)生PWM信號(hào)。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(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

在SLG46620中，8位FSM1可與PWM1和PWM2一起使用。必須連接藍(lán)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(dǎo)致脈沖寬度過載。為了將計(jì)數(shù)器值限制為8位，添加了另一個(gè)FSM。FSM1用作指針，以了解計(jì)數(shù)器何時(shí)達(dá)到0或255。FSM0用于生成PWM脈沖。FSM0和FSM1必須同步。由于兩個(gè)FSM都有預(yù)設(shè)的時(shí)鐘選項(xiàng)，因此CNT1和CNT3用作將CLK傳遞給兩個(gè)FSM的中介。這兩個(gè)計(jì)數(shù)器被設(shè)置為相同的值，對(duì)于本文來說是25。我們可以通過更改這些計(jì)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(hào)“ +”和“-”來增加和減少。

圖3：PWM單元設(shè)計(jì)

在控制單元內(nèi)，接收到的字節(jié)從藍(lán)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(gè)通道將通過LUT4，LUT6和LUT7輸出PWM。

LUT9，LUT11和LUT14負(fù)責(zé)檢查其他兩個(gè)LED的狀態(tài)。LUT10，LUT12和LUT13檢查“手動(dòng)”按鈕是否已激活。如果啟用了“手動(dòng)”模式，則RGB輸出將根據(jù)D0，D1，D2輸出狀態(tài)進(jìn)行操作，每次按“顏色”按鈕都會(huì)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(dòng)器。

引腳20被配置為輸入，用于在手動(dòng)和藍(lán)牙控制之間切換。

如果禁用了手動(dòng)模式并激活了自動(dòng)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?yàn)檫@種狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致在自動(dòng)混頻器模式下燈熄滅。

如果未激活手動(dòng)模式，PWM模式和自動(dòng)混頻器模式，則紅色，綠色和藍(lán)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(jìn)制計(jì)數(shù)器。在自動(dòng)混頻器模式下，計(jì)數(shù)器值隨著通過P14的CNT7脈沖或在手動(dòng)模式下從“顏色”按鈕（PIN3）發(fā)出的信號(hào)而增加。

Android應(yīng)用程式

在本節(jié)中，我們將構(gòu)建一個(gè)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(gè)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(gè)時(shí)，相同顏色的LED會(huì)點(diǎn)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(hào)通過的LED引腳。PWM信號(hào)一次只能傳遞到一個(gè)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(dòng)混音器按鈕負(fù)責(zé)運(yùn)行自動(dòng)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(gè)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(diǎn)允許您在沒有使用圖形軟件模塊的軟件經(jīng)驗(yàn)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(jì)圖形界面，還添加了兩個(gè)復(fù)選框列表，每個(gè)列表包含3個(gè)元素。每個(gè)元素都在其單獨(dú)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(lán)牙發(fā)送的所有命令均采用字節(jié)格式，每個(gè)位負(fù)責(zé)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(gè)時(shí)，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(fù)責(zé)增加和減少脈沖寬度。按下按鈕時(shí)，位值為1；釋放按鈕時(shí)，位值為0。

B5和B6位負(fù)責(zé)選擇PWM信號(hào)將通過的引腳（顏色）：這些位的顏色標(biāo)識(shí)如表3所示。最后一位B7負(fù)責(zé)激活自動(dòng)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(fù)責(zé)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(cè)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(gè)智能燈泡電路以由Android應(yīng)用程序進(jìn)行無線控制。該項(xiàng)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(gè)小型IC中。

編輯：hfy