CN104717806A - Led灯调光调色的方法以及可调光、色的led灯具系统 - Google Patents

Led灯调光调色的方法以及可调光、色的led灯具系统 Download PDF

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Abstract

一种LED灯调光调色的方法，利用蓝牙无线通信方式将LED灯具与外置智能设备信号连接；LED灯具根据控制信息通过控制LED灯具的亮灭时间控制LED灯具的亮度、改变LED灯具的电流有效值大小的同时不改变电压和电流的大小来控制LED灯具的发光色度。本发明采用普遍的蓝牙技术，利用智能设备上设置的蓝牙组件与LED灯具的控制电路通信产生可调占空比PWM波信号控制LED驱动电路实现LED的调光和DIY调色。一种采用上述方法的可调光、色的LED灯具系统，其实现了灯具的手机智能开关、调光、调色温，避免了繁琐的固定墙壁开关，尤其是晚上睡觉时，躺在床上尽管万般无奈仍然得起身去手动关灯，为生活工作提供了便利和智能化。

Description

LED灯调光调色的方法以及可调光、色的LED灯具系统
技术领域
本发明涉及可调LED灯具设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种LED灯调光调色的方法以及一种可调光、色的LED灯具系统。
背景技术
随着，2012年10月30日飞利浦在AppleStore出售最新的高科技Hue系列LED灯，并且只会交由苹果出售。Hue系列将是完全可有自定义的，并且通过一个灯泡内红蓝绿三原色的LED可以混合出1600万种颜色的灯光。整个过程完全由iPhone上的App来进行控制，从而引发了智能灯控发展的新思考。
在我国，WIFI使用虽然便捷，但是，其普及率还是处于低水平，上述的Hue系列LED灯虽然具有其特殊的优势，但是，整个控制过程是通过iPhone利用WIFI通信技术实现，显然，这样的调节方式在我国还是存在瓶颈的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LED灯调光调色的方法以及一种可调光、色的LED灯具系统，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED灯调光调色的方法，利用蓝牙无线通信方式将LED灯具与外置智能设备信号连接；
将LED灯具的光、色参数输入到外置智能设备中，外置智能设备内置控制程序将其转变为数字信号发送到LED灯具上；
LED灯具根据控制信息通过控制LED灯具的亮灭时间控制LED灯具的亮度、改变LED灯具的电流有效值大小的同时不改变电压和电流的大小来控制LED灯具的发光色度。
在本发明中，外置智能设备内置控制程序控制流程为：
首先创建一个用于控制信号的类publicclass PwmcontrolActivity extendsActivity{}，里面包含创建界面的类函数public voidonCreate(BundlesavedIn stanceState){}，发送控制信号类函数public void onStop TrackingTouch(SeekBarseekBar){}；
创建类class InitThread extends Thread{}，实现资源加载线程，里面创建用于四路信号之间转换的public InitThread(PwmcontrolActivity act){}类函数，实现与蓝牙程序接口的public void run()线程体，用于软件退出的类函数publicbooleanonKeyDown(int keyCo de，KeyEvent event)。
在本发明中，所述外置智能设备的硬件电路设计为：
采用STC15F204EA单片机为主控器，CH-06蓝牙模块的TXD与单片机11管脚P3.0连接，RXD与P3.1相连，实现蓝牙串口通信连接，从P1.0，P1.1，P1.2，P1.3四个口输出四路可调占空比的PWM信号，采用一个L298芯片将单片机控制信号和LED电源驱动隔离，避免了单片机带负载能力弱的缺点，以实现驱动大功率LED。
本发明采用普遍的蓝牙技术，利用智能设备上设置的蓝牙组件与LED灯具的控制电路通信产生可调占空比PWM波信号控制LED驱动电路实现LED的调光和DIY调色。
本发明还提供了一种可调光、色的LED灯具系统，包括有LED灯，所述LED灯包括有灯珠以及控制所述灯珠发光的控制电路，还包括有移动控制装置，所述移动控制装置内置有智能处理器；所述智能处理器与所述控制电路通过蓝牙组件利用蓝牙无线通信连接。
与现有技术的方式相比，本发明提供LED灯具系统应用上述提供的调光、调色方法能够保证其具有以下至少一种优点：
1、实现灯具的手机智能开关、调光、调色温。避免了繁琐的固定墙壁开关，尤其是晚上睡觉时，躺在床上尽管万般无奈仍然得起身去手动关灯。
2、实现色温手机调光，能在不同的季节和光照条件下实现不同的色温。早上屋里如果较暗的话，可以将灯具色温调节成正白光，以适应早上的自然色温条件，晚上调节成暖白色温，不仅更适合人体需要的照明色温，更给人温馨的感觉，从而实现模拟自然光照明。
3、实现手机控制灯具亮度。工作条件下，灯具可以适当调亮，以满足我们的工作和生活条件，当仅仅需要简单的照明环境时，比如看电视，休息时，可以将灯具适当调暗，不仅方便起居照明，更实现了节能。
4、手机app控制灯具亮度和色温，更贴近现代化的智能家居生活，是智能家居控制的一部分，为人类的生活工作提供了便利和智能化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例中可调光、色的LED灯具系统的结构简图；
图2为本发明一种实施例中LED灯调光调色的方法所应用到的主函数流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，其中，图1为本发明一种实施例中可调光、色的LED灯具系统的结构简图；图2为本发明一种实施例中LED灯调光调色的方法所应用到的主函数流程图。
本发明提供了一种可调光、色的LED灯具系统，包括有LED灯，LED灯包括有灯珠1以及控制灯珠发光的控制电路2，还包括有移动控制装置3，移动控制装置3内置有智能处理器；智能处理器与控制电路2通过蓝牙组件利用蓝牙无线通信连接。
该系统应用如下方法实现LED灯具的调光调色：利用蓝牙无线通信方式将LED灯具与外置智能设备信号连接；将LED灯具的光、色参数输入到外置智能设备中，外置智能设备内置控制程序将其转变为数字信号发送到LED灯具上；LED灯具根据控制信息通过控制LED灯具的亮灭时间控制LED灯具的亮度、改变LED灯具的电流有效值大小的同时不改变电压和电流的大小来控制LED灯具的发光色度。
1、脉冲宽制(PWM)调光技术
PWM调光是一种利用简单的数字脉冲，反复开关LED驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节LED的亮度。PWM调光的优点在于调光范围大，只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码，PWM调光可以在精确控制LED的亮度的同时，也保证LED发光的色度。
1.1脉冲宽制(PWM)调光原理
利用人眼睛视觉惰性，按固定频率操作占空比实现LED亮度调节，只要调光比即PWM波频率大于200Hz人眼就不会感觉到LED的闪烁。具体调光实现，通过控制LED的亮灭时间，从而控制LED亮度，从电力学来看就是控制一定周期内电流的有效值。这种方法在改变电流有效值大小的同时不改变电压和电流的大小，这样就保证了LED的发光色度，这是模拟调光和可控硅调光无法实现的。
1.2占空比
占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。方波的占空比为50％，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。
Ts为脉冲周期
Tw为脉冲宽度
占空比τ＝Tw/Ts×100。
占空比的解释可以归纳为如下几种：
1)在一串理想的脉冲序列中(如方波)，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。
2)在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。
3)在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。
也就是电路释放能量的有效时间与总释放时间的比。
1.3调光比
调光比则是按下面的方法计算：
Foper＝工作频率
Fpwm＝调光频率
调光比率＝Foper/Fpwm
其实也就是调光的最低有效占空比，比如Foper＝100khz；Fpwm＝200Hz，则调光比为：
100k/200＝500.
2蓝牙模块组成
2.1蓝牙技术基础
蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。手机之间通过蓝牙实现数据共享已成为常理，将手机变身为遥控器为人们的生活带来无限方便。[1]
蓝牙技术由三部分组成，包括蓝牙无线电技术、蓝牙协议栈和蓝牙互操作性。
2.1.1蓝牙无线电技术
蓝牙无线电工作在全球通用的2.4G HzISM(即工业、科学、医学)频段，支持全双工传输，使用IEEE802.15协议。蓝牙设备即连即用，抗干扰能力强、使用方便[2]
2.1.2蓝牙协议栈
蓝牙协议栈包含一个软件栈和一个硬件栈。蓝牙硬件协议栈由蓝牙硬件提供，蓝牙软件协议栈由软件实现。蓝牙软件协议栈提供Java蓝牙API给程序开放人员使用。
2.1.3蓝牙互操作性
蓝牙互操作性包括三方面内容：①通用访问Profile定义了设备管理功能性；②服务发现应用Profiles定义了服务发现方面的内容；③串口Profiles定义了互操作设备和模拟串口电缆的能力3.2 HC-O6蓝牙模块
BC04外置8M Flash，带EDR模块HC-06为民用级，兼容HC-04工业级。其中，HC-06模块的TX管脚跟STC15F204EA单片机的P3.0管脚相接，RX管脚跟P3.1接。HC-06模块接收手机端发来的数据，然后在通过串口TR，TX管脚与单片机通信。
蓝牙2.0带EDR，2Mbps-3Mbps调制度，内置2.4GHz天线，外置8MbitFLASH，低电压3.3V工作(3.1V～4.2V)配对时30～40MA波动，配对完毕通信8MA，可选PIO控制标准HCI端口(UART or USB)，数字2.4GHz无线收发射，CSRBC04蓝牙芯片技术，自适应跳频技术，蓝牙Class 2功率级别，工作温度为-25至+75，协波干扰为2.4MHz，发射功率3dBm，有效控制距离为10m.
3.手机APP设计
3.1蓝牙连接相关程序设计
首先，初始化本地蓝牙设备，建立LocalDevice类，包括取得本地设备实例、蓝牙名称、设置发现模式、获得发现代理。创建public int BTS_Init()类函数，实现蓝牙初始化判断，寻找默认蓝牙设备，打开蓝牙。
启动蓝牙设备搜索，创建public voidBTS_StartScan()类函数，开始寻找从机蓝牙设备，注册搜寻函数，创建public int BTS_ConnectToDevice(StringDeviceAddress)类函数，实现连接到一个指定的蓝牙设备。
创建public int BTS_SendDates(Stringbuffer)类函数实现字符串发送到已连接好的蓝牙设备上，创建public int BTS_Finish()类函数结束蓝牙通信，最后创建接收ACTION_FOUND广播的BroadcastReceiver privatefinalBroadcastReceiver mReceiver＝newBroadcastReceiver()。
3.2控制信号相关程序设计
首先创建一个用于控制信号的类publicclass PwmcontrolActivity extendsActivity{}，里面包含创建界面的类函数public voidonCreate(BundlesavedIn stanceState){}，发送控制信号类函数public void onStop TrackingTouch(SeekBarseekBar){}.
创建类class InitThread extends Thread{}，实现资源加载线程，里面创建用于四路信号之间转换的public InitThread(PwmcontrolActivity act){}类函数，实现与蓝牙程序接口的public void run()线程体，用于软件退出的类函数publicbooleanonKeyDown(int keyCo de，KeyEvent event)。
4.单片机控制信号设计
4.1硬件电路设计
本硬件电路采用STC15F204EA单片机为主控器，CH-06蓝牙模块的TXD与单片机11管脚P3.0连接，RXD与P3.1相连，实现蓝牙串口通信连接，从P1.0，P1.1，P1.2，P1.3四个口输出四路可调占空比的PWM信号，采用一个L298芯片将单片机控制信号和LED电源驱动隔离，避免了单片机带负载能力弱的缺点，以实现驱动大功率LED。
4.2程序设计
定义完相关变量和相关函数声明后，设计串口通信函数，设置定时器1中断，中断函数为占空比控制函数，然后设计数据接收函数，当串口服务函数接收到数据时，将数据发送到数据接收函数，然后将接受到的字符数据通过字符转型函数进行字符的转型，然后通过标志iCommdType判断控制哪一路信号，当无标志信号来时，一直循环检查，检查到相应的标志信号，然后执行占空比调节函数蓝牙模块与单片机之间的通信使用模拟串口实现的，串口为标准配置：波特率9600，编写一个串口初始化函数void UART_INIT()，初始化相关标志，和寄存器，然后编写中断接收函数void tm0()interrupt 1 using 1，接收串口发来的数据。设定定时器1中断并编写中断服务函数void tm1()interrupt 3using1，实现P W M的占空比控制。编写数据接收函数char GetUartData()，将中断接收函数里接收到的数据发送这里，等待接收数据函数voidWaitForChars(unsigned chariCount，char*Dest)通过调用数据接收函数charGetUartData()，将手机发送来的数据装载到定义好的变量数组，然后通过字符转型函数unsigned int GetCmdType(char*Commd)，将字符型数据转成数字，通过标志判断，要控制哪一路PWM波，然后将相应的数据传到控制占空比的中断服务函数，改变其占空比的输出。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种LED灯调光调色的方法，其特征在于，
利用蓝牙无线通信方式将LED灯具与外置智能设备信号连接；
将LED灯具的光、色参数输入到外置智能设备中，外置智能设备内置控制程序将其转变为数字信号发送到LED灯具上；
LED灯具根据控制信息通过控制LED灯具的亮灭时间控制LED灯具的亮度、改变LED灯具的电流有效值大小的同时不改变电压和电流的大小来控制LED灯具的发光色度。
2.根据权利要求1所述的LED灯调光调色的方法，其特征在于，
外置智能设备内置控制程序控制流程为：
首先创建一个用于控制信号的类publicclass PwmcontrolActivity extendsActivity{}，里面包含创建界面的类函数public voidonCreate(BundlesavedIn stanceState){}，发送控制信号类函数public void onStop TrackingTouch(SeekBarseekBar){}；
创建类class InitThread extends Thread{}，实现资源加载线程，里面创建用于四路信号之间转换的public InitThread(PwmcontrolActivity act){}类函数，实现与蓝牙程序接口的public void run()线程体，用于软件退出的类函数publicbooleanonKeyDown(int keyCo de，KeyEvent event)。
3.根据权利要求1所述的LED灯调光调色的方法，其特征在于，
所述外置智能设备的硬件电路设计为：
采用STC15F204EA单片机为主控器，CH-06蓝牙模块的TXD与单片机11管脚P3.0连接，RXD与P3.1相连，实现蓝牙串口通信连接，从P1.0，P1.1，P1.2，P1.3四个口输出四路可调占空比的PWM信号，采用一个L298芯片将单片机控制信号和LED电源驱动隔离，避免了单片机带负载能力弱的缺点，以实现驱动大功率LED。
4.一种可调光、色的LED灯具系统，包括有LED灯，所述LED灯包括有灯珠(1)以及控制所述灯珠发光的控制电路(2)，其特征在于，
还包括有移动控制装置(3)，所述移动控制装置内置有智能处理器；
所述智能处理器与所述控制电路通过蓝牙组件利用蓝牙无线通信连接。
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