基于太阳能供电的可调色LED灯多控方式研究

摘 要 针对传统单一颜色光源，设计一款新型可调色LED灯，可实现通过环境自动控制电源开关，蓝牙CC2541实现人为控制LED灯的颜色，利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合产生256X256X256（即16777216）种颜色，形成不同光色的组合。同时可通过蓝牙模块调节亮度、颜色的自由变换。用太阳能电池板对蓄电池充电以便晚上实现照明和室内装饰的目的。

【关键词】CC2541 可调色LED灯 太阳能电池板

现在人们使用的灯具种类繁多，发出的光线也是各式各样，白炽灯已基本被取代，LED灯得到越来越多的应用，这种照明装置由两层有机材料构成，中间安有发光二极管，具有光线明亮，损耗小，寿命长等特点，可广泛应用于路灯、射光、灯饰、 射灯， 并且大功率LED可用于照明灯、路灯、工矿灯照明、舞台灯。本系统开发的多色可调LED灯主要由三个模块构成，即太阳能供电模块、LED等多种开启关闭方式控制模块，及关于三原色控制多色变化模块。系统采用清洁能源，具有较高的节能环保社会价值与经济价值。灯光的多控方式的启动便于使用。系统能更好地应用于我们的生活，如应用于夜景，室内装饰灯，阳台灯等，既能够更好地节约能源又能够美化我们的生活场所，具有很强的实用价值，可广泛地应用于家庭装饰，舞台灯光灯。其优点是能够实现节能、节约灯光成本、实际应用简单。

1 系统电路设计与结构

本设计以蓝牙CC2541为控制核心，基于CC2541是一款针对Bluetooth低能耗以及私有2.4CC2541GHz应用的功率优化的真正片载系统（SoC）。它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051MCU、系统内可编程闪存存储器、8-KBRAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定，运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能。通过光敏传感器光电耦合器采集周围环境的亮度，反馈给控制核心，进一步作出电源通断的响应。

在白天通过太阳能电池板对蓄电池充电， 且此时，由光电耦合器采集光强，使灯具处于关闭状态，随着时间的推移，当周围环境变暗时，由光敏电阻采集模块给LED灯控制器一个命令，使LED灯处于预打开状态，但灯不亮，需执行人工允许后才能打开。以防室内无人造成不必要的耗能，当得到主人许可时，方可打开灯具，但此时的灯具颜色是自由律动，当控制器接收到手机APP蓝牙输出的信号对灯的颜色、亮度、色温进行控制的命令，这时，蓝牙接收模块就会接受到相应的指令传给系统内可编程闪存存储器8-KBRAM（预先应已进行相应的烧录）并根据已经编程好的程序接受不同的命令进行不同的处理，进而控制灯具颜色。

灯的颜色控制通过色盘呈现，直观清晰。此外，分别以R、G、B三个条纹分别控制红、绿、蓝各自的亮度和总亮度，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256X256X256（即16777216）种颜色，形成不同光色的组合。并且，当处于自由律动时，可以当作室内装饰灯用。呈现出不同的颜色以适合自己的最舒适感觉，并且蓝牙的遥控范围为10多米，可以说是室内无死角控制，控制简单又方便，光源颜色齐全。当你熄灯时，就可以直接通过手机关闭。

太阳能光伏发电系统的设计原理和组成部分的相应研究中，应保证所产生的电压大于蓄电池电压的1.2倍左右，此时才能将电流充入蓄电池中，太阳能电池板继而通过蓄电池给整个LED照明系统供电。蓄电池输出的为12v的直流电压，对于系统中LED灯而言较高，所以应进行降压处理，采用降压模块，应用三端稳压集成电路LM7805对其降压，以满足大功率LED灯的额度电压和CC2541的2―3.6v的电压，经过加压处理后的就可以为其供电。

硬件部分用CC2541作为主控制器来控制整个太阳能LED照明系统。着重对太阳能充电控制电路、电源电路、功率管驱动电路、保护电路、光敏开关、以及LED恒流驱动部分进行了硬件设计，并且通过软件编程来完成整个系统程序的设计。通过蓝牙模块、LED恒流驱动部分采用XL6003来实现。通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，使LED显示更加均匀、漂亮，满足各种场合的应用要求。

基于可调色LED灯的控制流程，建立它的原理图，主要由四部分组成，电源与开关、RGB灯电路、CC2541核心电路、CC2541烧录口，由于RGB灯是共阳极，所以采用NMOS管驱动，采用PWM为2000HZ以上的频率进行编码。

2 软件编程

采用Keil uVision3软件编写C语言程序，在Proteus内搭建仿真，将编写成功的程序在Dialog Smart Snippets蓝牙软件平台编译，该平台包含一个经过认证的蓝牙智能单模片上协议栈。根据需要方便地定制和添加自己的配置文件。SmartSnippets软件开发环境基于Keil的μVision工具，而蓝牙发射部分由APP控制。

3 结论

本设计在CC2541的基础上实现了编程与传输，并且通过了实验证实，以太阳能为整个系统的电源，应用软件编程，实现了可调色LED灯多控方式研究，在此基础上可通过音频检测实现自动变换LED灯的律动频率和闪烁颜色的进一步开发，使室内装饰更丰富，简单完成智能控制，从而使LED灯有更广泛的应用空间。

参考文献

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[2]殷录桥，杨卫桥，李抒智，程备，张建华.基于三基色的动态色温白光发光二极管照明光源[J].光学学报，2011（05）.

[3]刘平宇，陈长缨，张浩，李毓钦，蔡蓉.基于红白蓝模式色温可调的LED照明系统[J].固体电子学研究与进展，2014（02）.

作者简介

张鸿翔，现为黑龙江八一农垦大学信息技术学院学生。研究方向为农业电气化。

通信作者

许秀英（1978-），女，吉林省永吉县人。硕士研究生学历。现为黑龙江八一农垦大学副教授，主要从事土壤墒情检测与预测技术研究。

作者单位

黑龙江八一农垦大学 黑龙江省大庆市 163000