CN206100556U - 一种多通讯方式的智能led灯控制实验系统 - Google Patents

一种多通讯方式的智能led灯控制实验系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于智能LED灯控制的技术领域，具体涉及一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统；解决的技术问题为：提供一种简单的、开放性好、兼容性强的多通讯方式的智能LED灯控制实验系统；采用的技术方案为：一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，包括：移动终端、处理器、LED驱动模块、LED发光模块和电源模块，所述移动终端包括：第一无线通讯模块，所述处理器包括：通讯模式识别模块、USART接口和PWM脉冲输出模块；本实用新型适用于实验教学领域。

Description

一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统
技术领域
本实用新型属于智能LED灯控制的技术领域，具体涉及一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统。
背景技术
2014年被称为全球智能家居元年，Google在2014年的1月以32亿美元现金收购了智能家居设备生产商Nest Labs，不仅让Nest名声大噪，也让业界将目光再度投向了智能家居。在6月3日的苹果2014年全球开发者大会(WWDC)上，苹果推出智能家居平台homekit，目前与该平台合作的企业有存储、通信、智能手机和消费电子半导体解决方案、智能灯、家电等领域占有领先地位的企业。ABB、博世、思科、LG共同宣布将建立一个联盟，联盟的核心任务是建立智能家居，安全，医疗保健，娱乐服务统一的数据交换架构。在这种统一的数据交换架构下，实现家用电器的互联互通。这个联盟会将WIFI、ZigBee和KNX标准整合到新的标准中。
随着智能家居的概念逐步地走进人们的家庭生活中，越来越多的无线通讯方式也相应地应用到终端产品中去。智能LED灯，采用嵌入式物联网核心技术，将无线通讯核心模块嵌入到LED灯泡，将互动服务的软件系统植入手机，构成了室内照明与电子设备的握手与链接。目前，为了锻炼学生的硬件制作、无线通讯知识的应用、固件程序开发等方面的能力，有一些院校配置有智能LED灯实验平台，通过满足学生对智能灯泡控制与实现原理的学习，对调色、PWM控制、通讯距离与通讯方式等相关知识的掌握，达到一定的教学目的。
目前，智能照明的网络技术有蓝牙、WIFI、ZigBee，这也是目前智能家居的主要实现手段，此三种方式都有着自身的优势。WIFI的优势是应用广泛，已经普及到千家万户；ZigBee的优势是低功耗和自组网；蓝牙的优势是组网简单。智能LED灯的产品大部分均采用支持单一无线通讯方式的集成SOC处理器，导致规格繁多，编程方式复杂多样，增加了学生的学习难度。未来将会有更多的无线通讯方式应用到智能家居终端产品中，对于学生实验装置而言，需要一种能够便捷实现蓝牙、WIFI等多种无线通讯方式在智能灯泡中进行切换的实验系统。此外，一般LED驱动模块的电路结构都较复杂，需要增加特殊的分压、过流保护等功能，对于实验教学的应用场合，实用性不强，性价比不高。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种简单的、开放性好、兼容性强的多通讯方式的智能LED灯控制实验系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，包括：移动终端、处理器、LED驱动模块、LED发光模块和电源模块，所述移动终端包括：第一无线通讯模块，所述处理器包括：通讯模式识别模块、USART接口和PWM脉冲输出模块，所述第一无线通讯模块通过第二无线通讯模块与所述USART接口双向连接，所述PWM脉冲输出模块的输出端与所述LED驱动模块的输入端电气连接，所述LED驱动模块的输出端与所述LED发光模块的输入端电气连接，所述电源模块为所述处理器、LED驱动模块、LED发光模块和第二无线通讯模块供电。
优选地，所述LED驱动模块包括：一路驱动电路，所述驱动电路包括NPN型三极管Q1和N沟道增强型MOS管Q2；所述NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R1与所述PWM脉冲输出模块的输出端相连，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极和发射极之间串接有电阻R2，所述NPN型三极管Q1的基极和发射极之间串接有电阻R3，所述N沟道增强型MOS管Q2的栅极与所述NPN型三极管Q1的集电极相连，所述N沟道增强型MOS管Q2的源极与所述NPN型三极管Q1的基极相连，所述N沟道增强型MOS管Q2的漏极与所述LED发光模块的输入端相连。
优选地，所述LED发光模块包括：12颗白色灯珠和3颗RGB灯珠，12颗白色灯珠分成3组，每一组的4颗白色灯珠串联在一起；12颗白色灯珠间隔设置在铝基板上围成第一圆圈，颗RGB灯珠间隔设置于第一圆圈内，且3颗RGB灯珠均位于第二圆圈上，第二圆圈为第一圆圈的同心圆；12颗白色灯珠由一路驱动电路控制，3颗RGB灯珠分别由3路驱动电路控制。
优选地，所述电源模块包括：电能输入模块、储能芯片、第一降压芯片和第二降压芯片，所述电能输入模块的输出端与所述储能芯片的输入端电气连接，所述储能芯片的输出端与所述第一降压芯片的输入端电气连接，所述第一降压芯片的输出端与所述第二降压芯片的输入端电气连接，所述第一降压芯片的输出端还与所述LED发光模块的电源端电气连接，所述第二降压芯片的输出端分别与所述处理器的电源端、所述LED驱动模块的电源端和所述第二无线通讯模块的电源端电气连接。
优选地，所述第一无线通讯模块包括：第一蓝牙模块和第一WIFI模块，所述第二无线通讯模块包括：第二蓝牙模块和第二WIFI模块。
优选地，所述移动终端还包括：APP模块，所述APP模块的输出端与所述第一无线通讯模块的输入端电气连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本实用新型结构简单，移动终端通过第一无线通讯模块给第二无线通讯模块发送命令，第二无线通讯模块将命令通过USART接口传递给处理器，处理器通过通讯模式识别模块识别无线通讯方式，经过数据处理后，通过PWM脉冲输出模块、LED驱动模块，控制LED发光模块的发光颜色，从而实现调色；本实用新型通过处理器的USART通讯口与无线通讯模块通讯，通过标准的AT指令协议，自动识别无线通讯模块的类型，能够自动适应蓝牙、WIFI等多种通讯方式，具有较好的开放性和兼容性，利用智能LED灯的产品特点，构建一个兼容多种无线通讯方式的实验系统，对学生的硬件制作能力、无线通讯知识的应用、固件程序的开发等方面都有极大的帮助。
2、本实用新型中驱动电路结构简单，不需要增加特殊的分压、过流保护等功能，通过电阻R1和电阻R2相连，组成分压电路，实现LED灯珠的电压控制，通过NPN型三极管Q1和电阻R3相连，实现过流保护功能，对于实验教学的应用场合，实用性较强，性价比较高。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明；
图1为本实用新型实施例一提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统中驱动电路的结构示意图；
图3为本实用新型实施例一提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统中的LED灯泡布局图；
图4为本实用新型实施例二提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统的结构示意图；
图5为本实用新型实施例三提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统的结构示意图；
图中：101为移动终端，102为处理器，103为LED驱动模块，104为LED发光模块，105为电源模块，106为第二无线通讯模块，107为白色灯珠，108为RGB灯珠，109为，1011为第一无线通讯模块，1012为APP模块，1021为通讯模式识别模块，1022为USART接口，1023为PWM脉冲输出模块，1051为电能输入模块，1052为储能芯片，1053为第一降压芯片，1054为第二降压芯片，10111为第一蓝牙模块，10112为第一WIFI模块，1061为第一蓝牙模块，1062为第一WIFI模块。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例一提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统的结构示意图，如图1所示，一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，包括：移动终端101、处理器102、LED驱动模块103、LED发光模块104和电源模块105，所述移动终端101包括：第一无线通讯模块1011，所述处理器102包括：通讯模式识别模块1021、USART接口1022和PWM脉冲输出模块1023，所述第一无线通讯模块1011通过第二无线通讯模块106与所述USART接口1022双向连接，所述PWM脉冲输出模块1023的输出端与所述LED驱动模块103的输入端电气连接，所述LED驱动模块103的输出端与所述LED发光模块104的输入端电气连接，所述电源模块105为所述处理器102、LED驱动模块103、LED发光模块104和第二无线通讯模块106供电。
具体地，所述移动终端101还包括：APP模块1012，所述APP模块1012的输出端与所述第一无线通讯模块1011的输入端电气连接。
具体地，所述处理器102可采用8M外部晶振，还可包括复位电路、ISP编程电路、实时时钟、调试接口、运行指示灯，所述处理器102可采用STM32F030C8T6芯片，该芯片有48脚输出，可以PWM输出。
本实施例中，移动终端101中的APP模块1012通过第一无线通讯模块1011给第二无线通讯模块106发送命令，第二无线通讯模块106将命令通过USART接口1022传递给处理器102，处理器102通过通讯模式识别模块1021识别无线通讯方式，经过数据处理后，通过PWM脉冲输出模块1023给LED驱动模块103发送信号，LED驱动模块103控制LED发光模块104的发光颜色，从而实现调色。本实用新型通过处理器的USART通讯口与无线通讯模块通讯，通过标准的AT指令协议，自动识别无线通讯模块的类型，能够自动适应蓝牙、WIFI等多种通讯方式，具有较好的开放性和兼容性，利用智能LED灯的产品特点，构建一个兼容多种无线通讯方式的实验系统，对学生的硬件制作能力、无线通讯知识的应用、固件程序的开发等方面都有极大的帮助。
本实施例中的移动终端101可为手机、IPAD等智能设备，也可为一些嵌入式智能设备，可支持无线或者ZigBee通讯。当为手机、IPAD等智能设备时，APP模块1012可基于Android或iOS系统，当为嵌入式智能设备，APP模块1012可基于嵌入式LINUX系统或者WINCE系统，给用户提供一个人性化的，交互简单的使用界面。
图2为本实用新型实施例一提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统中驱动电路的结构示意图，如图1所示，所述LED驱动模块103包括：一路驱动电路，所述驱动电路包括NPN型三极管Q1和N沟道增强型MOS管Q2；
所述NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R1与所述PWM脉冲输出模块1023的输出端相连，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极和发射极之间串接有电阻R2，所述NPN型三极管Q1的基极和发射极之间串接有电阻R3，所述N沟道增强型MOS管Q2的栅极与所述NPN型三极管Q1的集电极相连，所述N沟道增强型MOS管Q2的源极与所述NPN型三极管Q1的基极相连，所述N沟道增强型MOS管Q2的漏极与所述LED发光模块104的输入端相连。
具体地，所述N沟道增强型MOS管Q2采用A2SHB，SOT23-3封装，漏源电压为20V，漏极电流为2.2A。
本实施例中的驱动电路结构简单，不需要增加特殊的分压、过流保护等功能，通过电阻R1和电阻R2相连，组成分压电路，实现LED灯珠的电压控制，通过NPN型三极管Q1和电阻R3相连，实现过流保护功能，对于实验教学的应用场合，实用性较强，性价比较高。
图3为本实用新型实施例一提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统中的LED灯泡布局图，如图3所示，所述LED发光模块104包括：12颗白色灯珠107和3颗RGB灯珠108，12颗白色灯珠107分成3组，每一组的4颗白色灯珠串联在一起；12颗白色灯珠107间隔设置在铝基板上围成第一圆圈，3颗RGB灯珠108间隔设置于第一圆圈内，且3颗RGB灯珠108均位于第二圆圈上，第二圆圈为第一圆圈的同心圆；12颗白色灯珠107由一路驱动电路控制，3颗RGB灯珠108分别由3路驱动电路控制。
本实施例中的LED灯控制，是根据色彩合成的三基色原理，利用单片机及控制电路，采用脉宽调制技术，控制或改变该光源的发光周期，实现LED灯颜色和亮度的变换，使LED灯的亮度调节范围大，可调色彩丰富。
图4为本实用新型实施例二提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统的结构示意图，如图4所示，在实施例一的基础上，所述电源模块105包括：电能输入模块1051、储能芯片1052、第一降压芯片1053和第二降压芯片1054，所述电能输入模块1051的输出端与所述储能芯片1052的输入端电气连接，所述储能芯片1052的输出端与所述第一降压芯片1053的输入端电气连接，所述第一降压芯片1053的输出端与所述第二降压芯片1054的输入端电气连接，所述第一降压芯片1053的输出端还与所述LED发光模块104的电源端电气连接，所述第二降压芯片1054的输出端分别与所述处理器102的电源端、所述LED驱动模块103的电源端和所述第二无线通讯模块106的电源端电气连接。
本实施例中的电源模块105的主要作用是实现220V交流转换成18V和3.3V直流输出，所述LED发光模块104使用18V直流供电，所述处理器102、所述LED驱动模块103和所述第二无线通讯模块106均采用3.3V供电，所述第一降压芯片1053和所述第二降压芯片1054均可为采用HT7533-1芯片，此芯片转换效率高，封装小，所述第一降压芯片1053先将220V交流转换成18V直流，所述第二降压芯片1054再将18V直流转换成3.3V直流。
图5为本实用新型实施例三提供的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统的结构示意图，如图5所示，在实施例一的基础上，所述第一无线通讯模块1011包括：第一蓝牙模块10111和第一WIFI模块10112，所述第二无线通讯模块106包括：第二蓝牙模块1061和第二WIFI模块1062。
具体地，所述第二蓝牙模块1061可采用JDY-08透传模块，基于蓝牙4.0协议标准，工作频段为2.4GHZ范围，调制方式为GFSK，最大发射功率为0db，最大发射距离80米，采用TICC2541芯片设计，支持用户通过AT命令修改设备名、服务UUID、发射功率、配对密码等指令。
本实用新型开放性好，系统通过通用处理器的USART通讯口与无线通讯模块通讯，通过标准的AT指令协议，可以适应多种无线通讯方式；兼容性强，系统采用通用的处理器，能够兼容多种单片机型号，便于方案的更换与改进，能够方便的进行功能组合和新功能的开发，便于多种应用需求的二次开发；成本低，采用单片机+通讯模块的方式，通用型强，能有效降低定制化带来的成本问题；智能化，通过手机APP，设定用户习惯，无线控制智能LED灯，亦可通过WIFI网关，远程控制智能LED灯。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，包括：移动终端(101)、处理器(102)、LED驱动模块(103)、LED发光模块(104)和电源模块(105)，其特征在于：所述移动终端(101)包括：第一无线通讯模块(1011)，所述处理器(102)包括：通讯模式识别模块(1021)、USART接口(1022)和PWM脉冲输出模块(1023)，所述第一无线通讯模块(1011)通过第二无线通讯模块(106)与所述USART接口(1022)双向连接，所述PWM脉冲输出模块(1023)的输出端与所述LED驱动模块(103)的输入端电气连接，所述LED驱动模块(103)的输出端与所述LED发光模块(104)的输入端电气连接，所述电源模块(105)为所述处理器(102)、LED驱动模块(103)、LED发光模块(104)和第二无线通讯模块(106)供电。
2.根据权利要求1所述的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，其特征在于：所述LED驱动模块(103)包括：一路驱动电路，所述驱动电路包括NPN型三极管Q1和N沟道增强型MOS管Q2；
所述NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R1与所述PWM脉冲输出模块(1023)的输出端相连，所述NPN型三极管Q1的发射极接地，所述NPN型三极管Q1的集电极和发射极之间串接有电阻R2，所述NPN型三极管Q1的基极和发射极之间串接有电阻R3，所述N沟道增强型MOS管Q2的栅极与所述NPN型三极管Q1的集电极相连，所述N沟道增强型MOS管Q2的源极与所述NPN型三极管Q1的基极相连，所述N沟道增强型MOS管Q2的漏极与所述LED发光模块(104)的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，其特征在于：所述LED发光模块(104)包括：12颗白色灯珠(107)和3颗RGB灯珠(108)，12颗白色灯珠(107)分成3组，每一组的4颗白色灯珠串联在一起；12颗白色灯珠(107)间隔设置在铝基板上围成第一圆圈，3颗RGB灯珠(108)间隔设置于第一圆圈内，且3颗RGB灯珠(108)均位于第二圆圈上，第二圆圈为第一圆圈的同心圆；12颗白色灯珠(107)由一路驱动电路控制，3颗RGB灯珠(108)分别由3路驱动电路控制。
4.根据权利要求1所述的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，其特征在于：所述电源模块(105)包括：电能输入模块(1051)、储能芯片(1052)、第一降压芯片(1053)和第二降压芯片(1054)，所述电能输入模块(1051)的输出端与所述储能芯片(1052)的输入端电气连接，所述储能芯片(1052)的输出端与所述第一降压芯片(1053)的输入端电气连接，所述第一降压芯片(1053)的输出端与所述第二降压芯片(1054)的输入端电气连接，所述第一降压芯片(1053)的输出端还与所述LED发光模块(104)的电源端电气连接，所述第二降压芯片(1054)的输出端分别与所述处理器(102)的电源端、所述LED驱动模块(103)的电源端和所述第二无线通讯模块(106)的电源端电气连接。
5.根据权利要求1所述的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，其特征在于：所述第一无线通讯模块(1011)包括：第一蓝牙模块(10111)和第一WIFI模块(10112)，所述第二无线通讯模块(106)包括：第二蓝牙模块(1061)和第二WIFI模块(1062)。
6.根据权利要求1所述的一种多通讯方式的智能LED灯控制实验系统，其特征在于：所述移动终端(101)还包括：APP模块(1012)，所述APP模块(1012)的输出端与所述第一无线通讯模块(1011)的输入端电气连接。
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