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摘 要：针对家庭智能照明的便捷性和节能性，设计了一种简单、新型的家庭智能照明系统。系统以手机为控制终端，以STC的STC12C5A56S2单片机作为控制核心，利用上海诺威通公司的蓝牙模組NVC-MDCS42作为数据传输媒介，以台湾点晶科技的DD313驱动芯片作为LED的恒流驱动，实现一种简单的家庭智能照明系统，达到可通过手机终端调节LED颜色变化以及开关灯的效果。
关键词：STC12C5A56S2；蓝牙；DD313；LED；手机终端
Design of home intelligent lighting system based on MCS-51 and Bluetooth
WANG Dong-bo QIN Hui-bin DONG Sheng-kui
（Institute of New electronic devices and Applications， Hangzhou Dianzi University，Hangzhou Zhejiang 310018，China）
Abstract：In order to realize convenient and energy-saving intelligent lighting， A simple， new type of family intelligent lighting system is designed. Mobile phone is selected as the terminal control ，MCU chip of STC STC12C5A56- S2 is chosen as the control core， Bluetooth module NVC-MDCS42 of Shanghai NOVACOMM is used as the medium to transmit data， driver chip for DD313 of Silicon Touch Technology Inc. is used as a constant current drive for LED. The system has the features of low power consumption， low cost， and can easily use mobile phone regulator LED color and achieve the effect of the lamp switch.
Key words：STC12C5A56S2；Bluetooth；DD313；LED；mobile phone terminal
随着人们生活观念的改变，人们对生活品质的追求也在不断提高，对家庭生活的便捷、舒适提出了更高的要求，由于住宅智能化技术的不断发展，家庭照明作为家庭生活的一个重要部分，也开始走向智能化。
同时，随着人们的节能减排意识的提高，LED作为一种新型的绿色光源，相比传统的照明产品，它具有高效节能、环保、显色性好、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力力争在数年之内实现半导体白光照明的产业化。国内目前也有数十家大学、研究机构及公司正在从事大功率LED的研究和开发，通过国家产业扶持、台商加入及国际巨头的多方推动，LED产业在我国已具相当规模。因此，LED智能化照明成为家庭照明发展的趋势。
本设计主要针对家庭智能照明的简单、便捷和节能性，实现了一种通过手机蓝牙无线控制LED照明的方案，具有简单、实用、易操作等特点，通过实际测试，能够达到便捷人们的家庭生活的目的。
1 系统总体设计
系统基于便捷、易操作性，简单实现家庭智能照明控制的目的，采用以手机终端为中心的星型网络拓扑，可以满足小型的家庭内部智能照明需求。系统总体设计包括：LED蓝牙灯设计和手机终端应用设计。系统总体架构如图1所示。系统功能：该系统以手机终端为网络核心，可以与多个LED蓝牙灯组成星型网络结构，实现一对多的控制。通过手机终端内置的蓝牙搜索周边环境的蓝牙信号，此时若是周边环境有蓝牙LED灯，则它会主动向手机终端发送连接请求。若用户同意蓝牙LED灯的请求，则手机终端就可以通过手机应用软件对该蓝牙LED灯进行调光、控制操作。
2 系统硬件设计
本系统硬件主要分为以下几个模块：电源模块、MCU控制模块、蓝牙数据传输模块、LED驱动模块。系统硬件框图如图2所示。
2.1 电源模块
该模块为整个系统提供必需的电能。考虑到该电源模块要内置在LED灯体内部，所以对电源的体积要求比较高，本设计采用开关电源的设计方案，以达到缩小体积的目的。该模块选用12V，最大1A的开关电源为LED驱动模块提供必须的电能，并通过低压差电源转换芯片ASM1117-3.3V为MCU控制模块、蓝牙数据传输模块提供3.3V电压。电源模块原理图如图3所示。
2.2 MCU控制模块
STC12C5A56S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，有较强的抗干扰能力。本设计采用STC12C5A56S2单片机作为控制核心，主要通过单片机串口与蓝牙模组进行数据交互。同时，笔者利用单片机内部的定时器模块，为LED调光驱动电路提供三个通道的PWM。
2.3 蓝牙数据传输模块
该模块采用上海诺威通公司的蓝牙模组NVC-MDCS42作为数据传输媒介，通过简单的外围电路，可以方便的实现手机与MCU控制模块的通信。该模组原理图如图4所示。由于该蓝牙模组支持Bluetooth V2.1协议，支持数据的透明传输，有比较完备的AT指令集，发射功率：+4dBm；接收灵敏度：-84dbm，另有SPI，UART，PIO，AIO多种接口，可方便与MCU进行数据交互。本设计通过该模块主要实现以下功能：（1）接收手机终端发送的数据，并通过串口将数据发送给MCU控制模块，以便MCU控制模块获取手机指令，实现调光。（2）接收MCU控制模块的查询、修改指令，并指令返回值返回给MCU控制模块。 2.4 LED驱动模块
为了实现LED调光的目的，本设计采用了工业界比较认可的颜色标准模式，即RGB色彩模式。通過调节红（R）、绿（G）、蓝（B）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。
DD313是专为大功率LED应用设计的恒流驱动芯片。内建三个恒流输出通道，可透过三个外挂电阻分别设定输出电流值。并特别设计三个使能端，可方便的独立控制三路输出通道的开关时间，切换频率高达1MHZ。芯片工作电压5V-18V，我们选择12V电压供电，其最大输出电流500mA，因此我们选用10R的1206封装的电阻，使得RGB三通道的电流I=0.5V/5R=100mA，满足大功率的要求。LED驱动模块原理图如图5所示。
MCU控制模块使用内置的定时器输出3通道的PWM，来控制DD313三个通道的使能端ENR，ENG，ENB，通过调节3通道PWM不同占空比的高低电平，控制DD313芯片的三通道恒流输出端OUTR、OUTG、OUTB电流的大小，实现RGB三基色不同的比率，从而达到控制LED的不同颜色功能。
3 软件设计
系统软件设计，需要经过以下几个步骤：首先进行系统配置初始化（包括MCU定时器、串口的初始化，蓝牙模组的初始化），其次，初始化结束后，LED蓝牙灯会主动搜索周围环境的手机终端发送连接请求。最后，待用户同意LED蓝牙灯的连接请求后，LED蓝牙灯将轮询检测是否收到手机终端发送的命令，进而处理相关的指令。软件流程图如图6所示。
4 手机控制终端应用软件设计
由于NVC-MDCS42蓝牙模组支持BluetoothV2.1协议，在该协议内部，对不同的终端划分类别不同，所以该蓝牙模组对手机终端的识别也有所不同，所以手机控制终端应用软件，根据不同的平台，可以分为两类：一种是基于Android系统的应用软件，另一种是，基于IOS的应用软件。不同平台下，均可实现相关应用软件的开发，由于重点在于手机蓝牙无线控制LED照明的方案，在此不作介绍。
5 小结
在实际的测试过程中，能够通过手机终端应用软件，进行多个蓝牙LED灯的调光和控制，同时需要注意LED灯灯体的散热问题；防止LED驱动电流过大，以免烧坏LED灯珠；蓝牙模组采用了陶瓷天线，这有利于缩小体积，便于安装，但是蓝牙信号会有一定的方向性，改用外置全向天线，测试在空旷的环境可以达到30m左右，在室内环境下，在室内，可是穿透几个房间的距离。综上所述，本设计给出了一种简单、便捷的家庭智能照明方案，能够达到便捷人们的家庭照明的目的。
[参考文献]
[1]丁向荣.STC系列增强型8051单片机原理与应用[M].电子工业出版社，2011.
[2]STC12C5A56S2 Datasheet.http：//www.stcmcu.com/.
[3]NVC-MDCS43 Datasheet.http：//www.novacomm.cn/index.php/Index/pdetail/category/1/id/4.
[4]DD313 Datasheet.http：//www.siti.com.tw/product/product6.html.
[5]江燕良.基于Android智能终端的远程控制系统[J].电子技术应用，2012，38（8）：129-132.
[6]周倩.基于蓝牙的数字家庭网络框架设计研究.长沙理工大学学报，2010.
[7]李伟.基于蓝牙通讯的智能家居红外控制系统的实现[J].电气传动自动化，2011，33（2）：38-41.
关键词：STC12C5A56S2；蓝牙；DD313；LED；手机终端
Design of home intelligent lighting system based on MCS-51 and Bluetooth
WANG Dong-bo QIN Hui-bin DONG Sheng-kui
（Institute of New electronic devices and Applications， Hangzhou Dianzi University，Hangzhou Zhejiang 310018，China）
Abstract：In order to realize convenient and energy-saving intelligent lighting， A simple， new type of family intelligent lighting system is designed. Mobile phone is selected as the terminal control ，MCU chip of STC STC12C5A56- S2 is chosen as the control core， Bluetooth module NVC-MDCS42 of Shanghai NOVACOMM is used as the medium to transmit data， driver chip for DD313 of Silicon Touch Technology Inc. is used as a constant current drive for LED. The system has the features of low power consumption， low cost， and can easily use mobile phone regulator LED color and achieve the effect of the lamp switch.
Key words：STC12C5A56S2；Bluetooth；DD313；LED；mobile phone terminal
随着人们生活观念的改变，人们对生活品质的追求也在不断提高，对家庭生活的便捷、舒适提出了更高的要求，由于住宅智能化技术的不断发展，家庭照明作为家庭生活的一个重要部分，也开始走向智能化。
同时，随着人们的节能减排意识的提高，LED作为一种新型的绿色光源，相比传统的照明产品，它具有高效节能、环保、显色性好、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界主要发达国家及相关大公司均已投入大量资金和人力力争在数年之内实现半导体白光照明的产业化。国内目前也有数十家大学、研究机构及公司正在从事大功率LED的研究和开发，通过国家产业扶持、台商加入及国际巨头的多方推动，LED产业在我国已具相当规模。因此，LED智能化照明成为家庭照明发展的趋势。
本设计主要针对家庭智能照明的简单、便捷和节能性，实现了一种通过手机蓝牙无线控制LED照明的方案，具有简单、实用、易操作等特点，通过实际测试，能够达到便捷人们的家庭生活的目的。
1 系统总体设计
系统基于便捷、易操作性，简单实现家庭智能照明控制的目的，采用以手机终端为中心的星型网络拓扑，可以满足小型的家庭内部智能照明需求。系统总体设计包括：LED蓝牙灯设计和手机终端应用设计。系统总体架构如图1所示。系统功能：该系统以手机终端为网络核心，可以与多个LED蓝牙灯组成星型网络结构，实现一对多的控制。通过手机终端内置的蓝牙搜索周边环境的蓝牙信号，此时若是周边环境有蓝牙LED灯，则它会主动向手机终端发送连接请求。若用户同意蓝牙LED灯的请求，则手机终端就可以通过手机应用软件对该蓝牙LED灯进行调光、控制操作。
2 系统硬件设计
本系统硬件主要分为以下几个模块：电源模块、MCU控制模块、蓝牙数据传输模块、LED驱动模块。系统硬件框图如图2所示。
2.1 电源模块
该模块为整个系统提供必需的电能。考虑到该电源模块要内置在LED灯体内部，所以对电源的体积要求比较高，本设计采用开关电源的设计方案，以达到缩小体积的目的。该模块选用12V，最大1A的开关电源为LED驱动模块提供必须的电能，并通过低压差电源转换芯片ASM1117-3.3V为MCU控制模块、蓝牙数据传输模块提供3.3V电压。电源模块原理图如图3所示。
2.2 MCU控制模块
STC12C5A56S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，有较强的抗干扰能力。本设计采用STC12C5A56S2单片机作为控制核心，主要通过单片机串口与蓝牙模组进行数据交互。同时，笔者利用单片机内部的定时器模块，为LED调光驱动电路提供三个通道的PWM。
2.3 蓝牙数据传输模块
该模块采用上海诺威通公司的蓝牙模组NVC-MDCS42作为数据传输媒介，通过简单的外围电路，可以方便的实现手机与MCU控制模块的通信。该模组原理图如图4所示。由于该蓝牙模组支持Bluetooth V2.1协议，支持数据的透明传输，有比较完备的AT指令集，发射功率：+4dBm；接收灵敏度：-84dbm，另有SPI，UART，PIO，AIO多种接口，可方便与MCU进行数据交互。本设计通过该模块主要实现以下功能：（1）接收手机终端发送的数据，并通过串口将数据发送给MCU控制模块，以便MCU控制模块获取手机指令，实现调光。（2）接收MCU控制模块的查询、修改指令，并指令返回值返回给MCU控制模块。 2.4 LED驱动模块
为了实现LED调光的目的，本设计采用了工业界比较认可的颜色标准模式，即RGB色彩模式。通過调节红（R）、绿（G）、蓝（B）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。
DD313是专为大功率LED应用设计的恒流驱动芯片。内建三个恒流输出通道，可透过三个外挂电阻分别设定输出电流值。并特别设计三个使能端，可方便的独立控制三路输出通道的开关时间，切换频率高达1MHZ。芯片工作电压5V-18V，我们选择12V电压供电，其最大输出电流500mA，因此我们选用10R的1206封装的电阻，使得RGB三通道的电流I=0.5V/5R=100mA，满足大功率的要求。LED驱动模块原理图如图5所示。
MCU控制模块使用内置的定时器输出3通道的PWM，来控制DD313三个通道的使能端ENR，ENG，ENB，通过调节3通道PWM不同占空比的高低电平，控制DD313芯片的三通道恒流输出端OUTR、OUTG、OUTB电流的大小，实现RGB三基色不同的比率，从而达到控制LED的不同颜色功能。
3 软件设计
系统软件设计，需要经过以下几个步骤：首先进行系统配置初始化（包括MCU定时器、串口的初始化，蓝牙模组的初始化），其次，初始化结束后，LED蓝牙灯会主动搜索周围环境的手机终端发送连接请求。最后，待用户同意LED蓝牙灯的连接请求后，LED蓝牙灯将轮询检测是否收到手机终端发送的命令，进而处理相关的指令。软件流程图如图6所示。
4 手机控制终端应用软件设计
由于NVC-MDCS42蓝牙模组支持BluetoothV2.1协议，在该协议内部，对不同的终端划分类别不同，所以该蓝牙模组对手机终端的识别也有所不同，所以手机控制终端应用软件，根据不同的平台，可以分为两类：一种是基于Android系统的应用软件，另一种是，基于IOS的应用软件。不同平台下，均可实现相关应用软件的开发，由于重点在于手机蓝牙无线控制LED照明的方案，在此不作介绍。
5 小结
在实际的测试过程中，能够通过手机终端应用软件，进行多个蓝牙LED灯的调光和控制，同时需要注意LED灯灯体的散热问题；防止LED驱动电流过大，以免烧坏LED灯珠；蓝牙模组采用了陶瓷天线，这有利于缩小体积，便于安装，但是蓝牙信号会有一定的方向性，改用外置全向天线，测试在空旷的环境可以达到30m左右，在室内环境下，在室内，可是穿透几个房间的距离。综上所述，本设计给出了一种简单、便捷的家庭智能照明方案，能够达到便捷人们的家庭照明的目的。
[参考文献]
[1]丁向荣.STC系列增强型8051单片机原理与应用[M].电子工业出版社，2011.
[2]STC12C5A56S2 Datasheet.http：//www.stcmcu.com/.
[3]NVC-MDCS43 Datasheet.http：//www.novacomm.cn/index.php/Index/pdetail/category/1/id/4.
[4]DD313 Datasheet.http：//www.siti.com.tw/product/product6.html.
[5]江燕良.基于Android智能终端的远程控制系统[J].电子技术应用，2012，38（8）：129-132.
[6]周倩.基于蓝牙的数字家庭网络框架设计研究.长沙理工大学学报，2010.
[7]李伟.基于蓝牙通讯的智能家居红外控制系统的实现[J].电气传动自动化，2011，33（2）：38-41.