基於藍牙4.0技術智能燈泡的設計與實現
學術研究
作者：張少華 魏誌遠
摘 要：為了實現用戶居室場景特殊情景燈光和依據個人的顏色喜好進行遠程調節的目的，采用在傳統LED燈泡基礎上，加入藍牙無線傳輸控製模塊，並通過市麵上配有藍牙4.0的手機、平板電腦等移動終端向燈泡傳輸控製命令的方法，通過PWM實現對LED燈泡通斷、亮度和顏色調節的控製。做了調色、波形和控製距離的實驗。實際使用證明：該係統工作良好，響應及時，達到了設計要求。
關鍵詞：遠程調節；LED燈泡；藍牙4.0；PWM
中圖分類號：TP316 文獻標識碼：B 文章編號：2095-1302（2015）04-00-04
0引言
近年來，物聯網成為全球關注的熱點領域，被認為是繼互聯網之後最重大的科技創新。物聯網的發展也為智能家居引入了新的概念及發展空間，智能家居可以被看作是物聯網的一種重要應用。智能家居涉及土建裝修、通信網絡、信息係統集成、傳感器件、家電、醫療、自動控製等多個領域[1]。
由於對物聯網智能家居的家居應用需求日益增強，智能家居有著非常誘人的前景與巨大的市場，其中已經有不少產品占有了很大的市場。比如飛利浦推出的智能燈泡Hue Lights，通過手機或者平板電腦可以控製燈泡的通斷和改變發光顏色。但Hue Lights需要一個中繼設備，無法直接通過移動設備進行控製，且價格比較昂貴。目前藍牙的硬件成本已經降到了一個合理的水平，而且應用廣泛，幾乎是目前市麵上手機和平板電腦的標配。讓藍牙技術作為其中的控製手段為一個不錯的選擇。
低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy，BLE）是藍牙技術的最新版本（也稱藍牙4.0），是一種低數據量、突發性通信需求定製的低功耗、短距離通信技術，主要針對低成本、低複雜度的無線體域網和無線個域網設計[2]。傳統藍牙最多允許一個主設備連接7個從設備，而低功耗藍牙沒有該限製，理論上支持無限個從設備進行連接，而且傳輸距離也能到達50～60m[3]。
本文提出一種基於低功耗藍牙4.0技術的智能燈泡係統設計，主要在傳統LED燈泡基礎上加上藍牙控製模塊，並把手機或者平板電腦等移動設備作為係統的中心出發點，通過無線短距離傳輸技術控製燈泡的通斷狀態、亮度和發光顏色。同時燈泡具有定時、漸變顏色等功能。
1係統總體架構
本係統主要由兩部分組成：智能燈泡硬件設備和移動終端（主要是其配套的APP應用軟件）。其中移動終端作為控製端，控製燈泡相關的功能性操作，燈泡作為被控端，主要接收從控製端發送的命令，對命令進行解析作並及時做出相應的動作。在控製端和被控端之間作為橋梁角色的藍牙通信技術，主要完成設備之間的互聯、通信等操作。
（1）移動終端
選取當前市麵上主流的支持藍牙4.0的移動設備充當人與設備之間的媒介。通過安裝在移動終端設備上的APP控製智能燈泡相關功能。其中APP的主要功能是給用戶一個簡單易懂的界麵和簡化操作，並調用相關API函數完成藍牙配對、鏈接、控製指令的組裝、發送以及相關信息的寫入與讀取等功能。
（2）智能燈泡
主要通過藍牙模塊進行數據的傳輸、命令解析、調節燈泡的亮度和顏色。藍牙模塊主要采用CSR1010低功耗藍牙芯片。該芯片具有32個引腳，可以同時提供4路PWM脈衝波，並支持E2PROM和FLASH進行程序的下載。
在智能燈泡端通過PWM脈衝波調節燈珠的電壓，從而達到調色的功能。在LED燈珠方麵，采用紅、綠、藍、白四色共七顆燈珠。其中紅綠藍燈珠各一顆用於混色，白色三顆用於提供照明。
LED作為照明設備與傳統的白熾燈和熒光燈比較，在同等的流明度下，其用電量僅為白熾燈的10%，熒光燈管的50%[4]。由於燈泡是220V直接供電，同時需要兩個電壓轉換模塊，一個220V轉18V，為燈珠供電。一個為18V轉3.3V，為藍牙芯片供電。