基于单片机无线RGB彩灯的设计与实现
2022-06-09
摘 要：针对目前市场上LED灯颜色变换困难的问题，本文提出利用红外线传感器，单片机和LED灯来设计一款无线RGB彩灯，实现遥控调整灯具颜色的目的，同时该设计方案通过实验验证其可行性。
关键词：LED灯；单片机；RGB彩灯
中图分类号：F252.24；F253.3 文献标识码：A
1 引言（Introduction）
作为第四代新型照明光源—LED灯，已成为节能环保光源的首选。但目前市场上的LED灯基本上都是单色，若想更换灯具的颜色只能换新的LED灯。与此同 时，景观照明、舞台投光、建筑物照明、广告牌照明、酒店专门设施照明等场合，不论是传统的日光灯，还是单色的LED灯都无法满足实际的需要。鉴于以上原 因，笔者利用红外线传感器、单片机和LED灯设计了一款无线RGB彩灯，实现了遥控调整灯具颜色[1]。
2 系统总体架构设计（Overall system architecture
design）
2.1 系统设计原理
LED灯内部装红、绿、蓝三个LED灯，发出R、G、B三种颜色的灯光，控制每一种颜色灯光的强度，可以混合出各种颜色的光线。单片机通过PWM调制 [2]，使用sin函数控制输出电流大小（控制值为0—255，分别对应脉冲波0%—100%的占空比），分别对RGB灯的红、蓝、绿三种颜色灯控制其亮 度，从而最终改变灯的光线的颜色，达到调色的目的，具体的电路图如图1所示。
图1 系统原理图
Fig.1 System schematic
控制方式采用红外线方式，红外遥控器发出的信号经过滤波和解调后，主控模块内置的信号接收器将红外发射管发射出来的光电信号转换为电子信号，经由电压反 馈型内部放大器进行功率放大、自动增益控制、带通滤波、解调发、波形整形等等步骤后还原为遥控器发射出的原始编码。最后由红外线接收器的信号输出脚输入到 主控模块单片机引脚，由程序识别该信号指令[3，4]。
2.2 系统框架设计
本系统主要是由电源模块、主控模块、红外发射模块、红外接收模块和LED发光模块四个模块，结构框图如图2所示。
图2 系统结构
Fig.2 System structure
2.3 系统设计外观
本系统设计的无线RGB彩灯的外观图如图3所示。实验表明，系统操控简便，人机交互友好，实现了遥控调整灯具的颜色。
图3 系统外观图
Fig.3 System appearance
3 软件设计（Software design）
系统软件设计包括主程序、外红接收/发送程序和显示程序，由于外红接收/发送程序目前非常成熟，借鉴即可，因此本系统的重点在于主程序和显示程序的设计，具体的流程图如图4所示。
图4 主程序和PWM子程序流程图
Fig.4 The main program and PWM subroutine flow chart
4 结论（Conclusion）
该系统采用了红外线遥控器作为控制器，低功耗、灵敏高、方便安装和使用。采用1838一体化红外接收头，简化了电路，增强了接受红外信号的灵敏度。采用 单片机调整PWM占空比方式调整输入RGB灯电流，方法简单可靠。整体采用模块化便于升级，成本极低（约在20元左右），便于推广，可以获得良好的经济效 益。
参考文献（References）
[1] 王林生，等.林木温室育苗机械自动化作业平台设计研究[J].农机化研究，2014（12）：107-110.
[2] 王林生，周炜明.基于Android系统的智能小车的设计与实现[J].软件工程师，2014（11）：25-26.
[3] 秦斌.电子线路[M].北京：科学出版社，2009.
[4] 王静霞.单片机应用技术C语言版[M].北京：电子工业出版社，
2009.
关键词：LED灯；单片机；RGB彩灯
中图分类号：F252.24；F253.3 文献标识码：A
1 引言（Introduction）
作为第四代新型照明光源—LED灯，已成为节能环保光源的首选。但目前市场上的LED灯基本上都是单色，若想更换灯具的颜色只能换新的LED灯。与此同 时，景观照明、舞台投光、建筑物照明、广告牌照明、酒店专门设施照明等场合，不论是传统的日光灯，还是单色的LED灯都无法满足实际的需要。鉴于以上原 因，笔者利用红外线传感器、单片机和LED灯设计了一款无线RGB彩灯，实现了遥控调整灯具颜色[1]。
2 系统总体架构设计（Overall system architecture
design）
2.1 系统设计原理
LED灯内部装红、绿、蓝三个LED灯，发出R、G、B三种颜色的灯光，控制每一种颜色灯光的强度，可以混合出各种颜色的光线。单片机通过PWM调制 [2]，使用sin函数控制输出电流大小（控制值为0—255，分别对应脉冲波0%—100%的占空比），分别对RGB灯的红、蓝、绿三种颜色灯控制其亮 度，从而最终改变灯的光线的颜色，达到调色的目的，具体的电路图如图1所示。
图1 系统原理图
Fig.1 System schematic
控制方式采用红外线方式，红外遥控器发出的信号经过滤波和解调后，主控模块内置的信号接收器将红外发射管发射出来的光电信号转换为电子信号，经由电压反 馈型内部放大器进行功率放大、自动增益控制、带通滤波、解调发、波形整形等等步骤后还原为遥控器发射出的原始编码。最后由红外线接收器的信号输出脚输入到 主控模块单片机引脚，由程序识别该信号指令[3，4]。
2.2 系统框架设计
本系统主要是由电源模块、主控模块、红外发射模块、红外接收模块和LED发光模块四个模块，结构框图如图2所示。
图2 系统结构
Fig.2 System structure
2.3 系统设计外观
本系统设计的无线RGB彩灯的外观图如图3所示。实验表明，系统操控简便，人机交互友好，实现了遥控调整灯具的颜色。
图3 系统外观图
Fig.3 System appearance
3 软件设计（Software design）
系统软件设计包括主程序、外红接收/发送程序和显示程序，由于外红接收/发送程序目前非常成熟，借鉴即可，因此本系统的重点在于主程序和显示程序的设计，具体的流程图如图4所示。
图4 主程序和PWM子程序流程图
Fig.4 The main program and PWM subroutine flow chart
4 结论（Conclusion）
该系统采用了红外线遥控器作为控制器，低功耗、灵敏高、方便安装和使用。采用1838一体化红外接收头，简化了电路，增强了接受红外信号的灵敏度。采用 单片机调整PWM占空比方式调整输入RGB灯电流，方法简单可靠。整体采用模块化便于升级，成本极低（约在20元左右），便于推广，可以获得良好的经济效 益。
参考文献（References）
[1] 王林生，等.林木温室育苗机械自动化作业平台设计研究[J].农机化研究，2014（12）：107-110.
[2] 王林生，周炜明.基于Android系统的智能小车的设计与实现[J].软件工程师，2014（11）：25-26.
[3] 秦斌.电子线路[M].北京：科学出版社，2009.
[4] 王静霞.单片机应用技术C语言版[M].北京：电子工业出版社，
2009.