通過藍(lán)牙控制智能LED調(diào)光器

術(shù)語和定義

CMIC：可配置混合信號IC(Configurable Mixed-Signal Integrated Circuits)

UART：通用異步收發(fā)器(Universal asynchronous receiver-transmitter)

LED：發(fā)光二極管(Light-emitting diode)

SPI：串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface)

PWM：脈沖寬度調(diào)制(Pulse-width modulation)

FSM：有限狀態(tài)機(Finite-state machine)

LUT：查找表(Look-up table)

DFF：D觸發(fā)器(D-type flip-flop)

引言

本應(yīng)用筆記介紹了如何使用Dialog GreenPAK? SLG46620V創(chuàng)建智能數(shù)字調(diào)光器設(shè)計。調(diào)光器是住宅、酒店和許多建筑中常用的照明開關(guān)。較舊版本的調(diào)光開關(guān)是手動的，一般包含一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)(電位計)或多個按鈕來控制照明水平。本應(yīng)用筆記介紹了如何創(chuàng)建可以通過兩種方法(智能手機和物理按鈕)控制照明亮度的數(shù)字調(diào)光器。這兩種模式可以無縫地協(xié)同工作，用戶可以通過按鈕或智能手機來調(diào)高或調(diào)低照明亮度。該項目采用了SLG46620V 可配置混合信號IC(CMIC)、HC-06藍(lán)牙模塊、按鈕和LED。

我們將使用SLG46620V CMIC，它有助于將分立器件數(shù)量降到最少。GreenPAK IC體積小，含有多用途組件，有助于設(shè)計人員減少產(chǎn)品設(shè)計的元件數(shù)量和增加新功能。此外，項目的成本也隨之降低。SLG46620V這顆小巧的芯片中包含一個SPI連接接口、多個PWM模塊、有限狀態(tài)機(FSM)以及很多有用的附加模塊。這些組件有助于設(shè)計工程師創(chuàng)建可以通過藍(lán)牙設(shè)備或墻壁按鈕進行控制的實用智能調(diào)光器，支持延時調(diào)光，并提供額外的可選功能，而無需使用微控制器或昂貴的元件。

項目特點：

1.兩種控制方法：移動app和實體按鈕

2.平滑的燈光開關(guān)過渡。這對消費者來說更健康，也給人一種更豪華的感覺，這對酒店和其他服務(wù)行業(yè)很有吸引力。

3.睡眠模式功能。這是此應(yīng)用的一項附加價值，當(dāng)用戶開啟這個模式時，燈光亮度會在10分鐘內(nèi)逐漸降低。這有助于患有失眠癥的人，它也適用于兒童臥室和零售店(關(guān)閉時)。

項目界面

該項目界面有四個按鈕，作為GreenPAK輸入：

開/關(guān)：打開和關(guān)閉燈光(軟啟動/關(guān)閉)

調(diào)亮：調(diào)高燈光亮度

調(diào)暗：調(diào)低燈光亮度

睡眠模式：開啟睡眠模式時，燈光亮度會在10分鐘內(nèi)逐漸降低。這給用戶睡前一些時間，并確保燈光不會整夜都亮著。

系統(tǒng)將輸出一個PWM信號，該信號將傳送到外部LED和睡眠模式LED指示燈。

圖1：調(diào)光器框圖

該GreenPAK設(shè)計由4個主要功能塊組成。第一個是UART接收器，它從藍(lán)牙模塊接收數(shù)據(jù)，提取命令，并將它們發(fā)送到控制單元。第二個功能塊是一個控制單元，它接收來自UART接收器或外部按鈕的命令?？刂茊卧獩Q定所需的操作(打開/關(guān)閉、調(diào)亮、調(diào)暗、啟用睡眠模式)。該單元使用LUT實現(xiàn)。

第三個功能塊是時鐘(CLK)發(fā)生器。在此項目中，采用了一個FSM計數(shù)器來控制PWM。FSM的值將根據(jù)3個頻率(高、中和低)給出的命令而變化(升高、降低)。在這個部分中，將生成三個頻率，所需的時鐘信號根據(jù)要求的順序傳輸給FSM;在打開/關(guān)閉操作時，高頻信號傳輸?shù)紽SM來進行軟啟動/停止。在調(diào)光期間，中頻信號通過。低頻信號在睡眠模式通過，從而更慢速地降低FSM值。然后，燈光亮度也會緩慢下降。第四個功能塊是PWM單元，它向外部LED生成脈沖。

GreenPAK設(shè)計

使用GreenPAK創(chuàng)建調(diào)光器設(shè)計的最佳方法是使用8bit FSM和一個PWM。在SLG46620中，F(xiàn)SM1包含8bits，可與PWM1和PWM2一起使用。必須連接藍(lán)牙模塊，這意味著必須使用SPI并行輸出。SPI并行輸出bits 0到7連接與DCMP1、DMCP2和LF OSC CLK、OUT1、OUT0 OSC輸出復(fù)用。PWM0從FSM0(16bits)獲得其輸出。FSM0不會停在255;它可以增加到16383。為了將計數(shù)器值限制在8bits，增加了另一個FSM;FSM1用來指示計數(shù)器何時達(dá)到0或255。FSM0用于生成PWM脈沖。由于必須同時更改兩個FSM的值來確保它們具有相同的值，因此設(shè)計變得有點復(fù)雜，兩個FSM都具有預(yù)定義的、有限的、可選CLK。使用CNT1和CNT3作為介體將時鐘信號傳送到兩個FSM。

設(shè)計包含以下部分：

1.UART接收器

首先，我們需要設(shè)置HC06藍(lán)牙模塊。HC06使用UART協(xié)議進行通信。UART代表通用異步接收器/發(fā)射器。UART可以在并行和串行格式之間來回轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它包括一個串行到并行接收器和一個并行到串行轉(zhuǎn)換器，它們的時鐘是分開的。HC06中接收到的數(shù)據(jù)將傳輸?shù)轿覀兊腉reenPAK器件。引腳10的空閑狀態(tài)為HIGH。發(fā)送的每串?dāng)?shù)據(jù)都以邏輯低啟動位，隨后是可配置數(shù)量的數(shù)據(jù)位，以及一個或多個邏輯高停止位。

HC06發(fā)送1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和一個停止位。它的默認(rèn)波特率是9600。我們將從HC06發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)到GreenPAK SLG46620V的SPI模塊。

由于Silego SPI模塊沒有起始位或停止位控制，因此這些位用于使能和禁用SPI時鐘信號(SCLK)。當(dāng)引腳10變?yōu)長OW時，IC已經(jīng)接收到一個起始位，所以我們使用PDLY下降沿檢測器來識別通信的開始。該下降沿檢測器為DFF0提供時鐘，使SCLK信號能夠為SPI模塊提供時鐘。

我們的波特率為每秒9600位，所以我們的SCLK周期是1/9600=104μs。因此，我們將OSC頻率設(shè)置為2MHz，并使用CNT0作為分頻器。

2MHz-1=0.5μs

(104μs/0.5μs)-1=207

因此，我們希望CNT0計數(shù)器值為207。為確保不丟失數(shù)據(jù)，在SPI時鐘上增加半個時鐘周期延遲，從而SPI功能塊在正確的時間進行計時。這是通過使用CNT6、2-bit LUT1和OSC模塊的外部時鐘來實現(xiàn)的。CNT6的輸出在DFF0計時52μs后才會變高，這恰好是我們SCLK周期104μs的一半。當(dāng)它變高時，2-bit LUT1與門允許2MHz OSC信號進入EXT. CLK0輸入，其輸出連接到CNT0。

圖2：UART接收器

2.控制單元

在這部分中，將根據(jù)UART接收器接收的字節(jié)或根據(jù)來自外部按鈕的信號執(zhí)行命令。引腳12、13、14、15被初始化為輸入，并連接到外部按鈕。

每個引腳內(nèi)部連接到OR門輸入，門的第二個輸入端通過藍(lán)牙連接來自智能手機的相應(yīng)信號，該信號將出現(xiàn)在SPI并行輸出上。

DFF6用于激活睡眠模式，其輸出變?yōu)楦撸仙貋碜?-bit LUT4，而DFF10用于維持照明狀態(tài)，其輸出從低變?yōu)楦?，?dāng)每個上升沿來自3-bit LUT10輸出時反之亦然。

FSM1是一個8-bit計數(shù)器;當(dāng)它的值達(dá)到0或255時，它在輸出上給出一個高脈沖。因此，它用于防止FSM0(16-bit)的值超過255，它的輸出復(fù)位DFF，并且它將DFF10狀態(tài)從開啟變?yōu)殛P(guān)閉。如果照明由按鈕+和-控制，并且已達(dá)到最大/最小值，亦是這樣。

連接到FSM1輸入的信號keep、up將通過P11和P12到達(dá)FSM0，以保持同步，在兩個計數(shù)器上保持相同的值。

圖3：控制單元設(shè)計

3.時鐘發(fā)生器和復(fù)用器

在這部分中，將生成三個頻率，但只有一個頻率將在任一時候為FSM計時。第一個頻率是RC OSC，它從矩陣0到P0取出。第二頻率是LF OSC，它也從矩陣0到P1取出。第三個頻率是CNT7輸出。

根據(jù)3-bit LUT14輸出，3-bit LUT9和3-bit LUT11允許一個頻率通過。之后，所選擇的時鐘通過CNT1和CNT3發(fā)送到FSM0和FSM1。

圖4：時鐘發(fā)生器設(shè)計

4. PWM

最后，F(xiàn)SM0值轉(zhuǎn)換為PWM信號，通過引腳20出現(xiàn)，引腳20初始化為輸出，并連接到外部LED。

圖5：PWM功能塊

安卓app

安卓app具有類似于真實界面的虛擬控制界面。它有五個按鈕：ON/OFF、UP、DOWN、睡眠模式和連接。該安卓應(yīng)用程序?qū)粹o按動操作轉(zhuǎn)換為命令，并將命令發(fā)送到藍(lán)牙模塊來執(zhí)行。

這個app是用MIT App Inventor制作的，不需要任何編程經(jīng)驗。App Inventor允許開發(fā)人員使用網(wǎng)頁瀏覽器連接編程模塊來為安卓OS設(shè)備創(chuàng)建應(yīng)用程序。您可以將我們的App導(dǎo)入MIT App Inventor，具體步驟為：單擊我的計算機上的項目->導(dǎo)入項目(.aia)，然后選擇此App Note中包含的.aia文件。

要創(chuàng)建安卓應(yīng)用程序，必須啟動新項目。需要五個按鈕：一個是藍(lán)牙設(shè)備的列表選擇器，其他是控制按鈕。我們還需要添加藍(lán)牙客戶端。圖6是我們的安卓app用戶界面的截屏。

添加按鈕后，我們將為每個按鈕分配軟件功能。我們將使用4bits來代表按鈕的狀態(tài)。每個按鈕一個bit，因此，當(dāng)您按下按鈕時，一個特定的數(shù)字將通過藍(lán)牙發(fā)送到實際電路。

圖6：按鈕的編程模塊

這些數(shù)字如表1所示：

表1：指令-Bit表示

圖7：按鈕編程模塊

圖8：電路原理圖

圖9：原型界面

總結(jié)

本應(yīng)用筆記介紹了一種可以通過兩種方式(安卓app和實體按鈕)控制的智能調(diào)光器。介紹了GreenPAK SLG46620V內(nèi)部四個獨立的功能塊，用于控制增加或減少燈光PWM的工作流程。此外，還介紹了睡眠模式功能，作為該應(yīng)用中可選的額外調(diào)制的示例，該示例是低電壓的，也可以更改成高電壓的功能。