基于STM32的智能无线LED调色系统的设计

科技创新与应用

2017年36期基于STM32的智能无线LED调色系统的设计

关蓓蓓，李

猛，刘书威，丁航

（天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室，天津300222）

摘要：LED作为新一代绿色环保光源，因为具有高效率、低功耗、驱动电压低、寿命长等特点，在许多范围得到了广泛应用，基于LED制

作的各种彩灯更是无处不在。文章依据三基色原理，采用PWM脉宽调制技术，设计了一种可以实现多种颜色变化的LED调色系统，并提出了一种基于NRF24L01的无线控制方案。该方案以STM32微处理器为主控核心，配置无线射频模块NRF24L01和2.4寸TFT触摸屏，用软件编写简单的人际界面实现LED彩灯亮度色彩的变换。该调色系统经实际应用，运行良好。

三基色原理；关键词：LED彩灯；NRF24L01；STM32处理器

中图分类号院TN312文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2017冤36-0080-02

1概述LED（light-emittingdiodes），即发光二极管，是一种固态的半导体器件，当两端加上正向电压时，根据不同的固体半导体发光材料，LED可以直接发出红、蓝、绿、黄等不同的颜色。LED因具有体积小、重量轻、寿命长、驱动电压较低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用等优点，应用范围越来越广泛。

本文采用红、绿、蓝三组LED灯，依据色彩合成的三基色原理，采用PWM脉宽调制技术，设计了一种可以实现多种颜色变换的LED调色系统。该调色系统由触摸屏彩灯控制器和LED三基色彩灯组成，两者之间通过NRF24L01无线射频模块进行通讯，从而实现短距离的无线控制LED彩灯，实现LED彩灯亮度色彩的变换，从而起到增添室内气氛、调节心情的作用。

2LED调色原理三基色是指红、绿、蓝三色，人眼对红、绿、蓝最为敏感，常见的多数颜色都是按照红、绿、蓝三种基本色以不同的比例混

同样的原理，合产生的；常见的绝大多数单色光也能够分解成

红、绿、蓝三种基本色光，这就是色度学的最基本原理，即三基色原理。

根据LED灯的发光原理，一定的直流电压或脉冲电压加在LED灯上，能使其正常发光，要改变LED灯的亮度，可通过改变直流电流大小或调节脉冲的占空比来实现，若要同时调节多路LED光源的亮度，进而调节LED光源的颜色，还需要具有三路以上PWM功能的单片机同时进行三路（三基色）LED灯的亮度的调节，继而利用光的三基色合成原理，改变三基色光中各基色的光强度，实现对LED灯的颜色的调节，同时，通过对LED灯发光周期的控制，实现LED灯亮度和色彩的周期变换。

3系统总体设计

（主控模块）该调色系统主要由触摸屏无线控制器和LED

（受控模块）三基色彩灯两部分组成，两者之间通过NRF24L01

无线射频模块进行通讯，实现短距离的无线控制LED彩灯的色彩变化，其系统结构框图如图2所示：

NRF24L01无线模块NRF24L01无线模块STM32处理器电源模块电源模块STM32处理器TFT触摸屏模块LED三基色彩灯模块图1色度三角形

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4系统硬件设计4.1微处理器模块

因为LED灯的调色工作采用PWM脉宽调制技术来实现，所以选择的MCU应该具有三路PWM输出，另外由于系统采用NRF24L01进行无线通信，MCU还应该具有SPI接口，综合以上需要以及低成本、低功耗的需求，微控制器选择STM32处理器模块。

4.2NRF24L01无线射频模块

NRF24L01是一种常用于短距离通信的无线通信器件，该

调器件内部具有无线收发器，主要由内置的放大器、振荡器、

制解调器等部分组成。NRF24L01的工作频率为全球通用的开放ISM频段，频率为2.4GHz，其工作模式有两种，内置SPI通信接口，处理器可以通过自身具有的SPI通信功能实现与NRF24L01的连接，具有低功耗、低成本的特点。

4.3PT4115驱动电路

PT4115是一种常用于LED驱动的降压恒流源，具有连续的电流电感导通功能，通常能够驱动多颗LED芯片。PT4115具有宽输入电压范围、输出电流可调的特点，输入电压通常从8V到30V之间，输出电流最大可达1.2A。该驱动芯片通过内置的功率开关来实现LED电流的控制，从而实现宽范围的PWM调光或者模拟调光，其驱动电路原理图如图3所示。

4.4电源电路

LED三基色彩灯直接与220V交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一路为PT4115驱动模块提供12V工作电源，另一路经过LM2576-3.3降压到3.3V提供给

图2系统框图

2017年36期TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

12VR1FR107RL168uH12VR2FR107GL2

68uH

12VR3FR107BPD4GNDGNDPT4115PT4115PT4115GNDGND

图3PT4115驱动电路原理图

STM32处理器及NRF24L01无线射频模块。

该触摸屏无线控制器由电池供电，所以该部分的电源电路采用了电源集成稳压芯片AMS1117，该芯片能够将电池电压稳压在3.3V，以便更好的提供给微控制器和2.4寸TFT触摸屏，用于其正常工作。

5系统软件设计

5.1主控模块程序设计主控模块系统启动后，首先完成系统初始化，包括单片机

GNDDimPD5DimPD6DimGND

I/O端口初始化、TFT初始化以及NRF24L01初始化，然

后执行人机交互界面函数，选择完所要实现的颜色后，通过NRF24L01将数据传输给受控模块，实现颜色的变化。L3

5.2受控模块程序设计68uH

受控模块系统所要实现的功能是根据主控模块发生过来的数据，将数据信息处理后，利用PWM脉宽调制技术去控制LED三基色灯发出各种各样的颜色，从而达到炫彩的效果。

6结束语

LED作为新一代的高效节能光源，因为具有节能、环保、高效等优势被应用到越来越多的场合，基于LED设计的各种彩灯由于其丰富的色彩、价格低廉等特点，在日常生活中的应用更是越来越广泛。本文设计的这套LED调色系统在发光亮度调节、色彩调节等方面具有较好的灵活性，可以应用到LED艺术彩灯的制作当中。

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设计创新VinCsnSwVinCsnSwVinCsnSw参考文献院

渊上接79页冤

高级安全性和全面管理，和网络汇聚使用，供可预测性能、缩短

网络停运时间。无线AP终端需内置全向天线，满足办公场所大范围的信号覆盖，每台设备具备不低于60台无线设备连接，提供稳定的使用效果。

用户在上网过程中均需要进行2.2.4网络安全。用户认证。

身份认证，以防止账号私自借用等行为。这就需要在不同县级公司、部门之间分别启用不同的身份认证方案用于规范使用无线网络的行为。用户行为审计。在无线网络出口处需要部署行为审计设备，对所有上网流量进行审计，从而符合公安部82号令的要求。在实际部署时，AP设备管理地址和用户使用地址分别在不同VLAN内，行为审计设备需要对这些VLAN同时开启行为审计功能，并保证审计记录保存三个月或以上。同时认证业务系统必须能够保留用户认证时的用户和终端特征，包括用户账号（用户名或手机号等）、终端设备特征（MAC地址）、认证

认证地点（AP位置）通过时间、等信息，从而能够与行为审计设

备的审计记录形成对照关系进行完善的上网行为审计。

2.3关键点控制

2.3.1新增设备链路。各分局及县公司均新配置无线AC控制器1台，控制本部及所辖供电所营业厅无线网络配置权限，管理所有无线AP设备，构建高可靠性核心层管理结构。办公大楼新增无线AP，与接入交换机之间互联链路以超六类非屏蔽网络线为主。供电所、营业厅新增无线AP设备与接入交换机互联链路以超六类屏蔽网络线为主。

2.3.2现有承载网络。目前现有网络中，网络核心部署在曲靖，到各地营业网点的链路为专线，与各营业网点在二/三层互通，具备了建设无线网络的基础条件，具体节点的AP安装、线

供电条件决定，路部署和供电由节点处的交换机位置、由施工

单位根据设计图纸工勘后，结合现场条件进行确认后施工。

2.3.3无线网络设备融合。在现有承载网络的基础上建设

无线网络时，应直接依托现有承载网络，将无线网络设备根据

实现有的物理拓扑和链路进行规划后部署在现有网络结构中。

际部署时，各节点根据工勘结果部署AP设备；无线控制器AC部署在各分局及县公司核心机房，并在用户流量出口处部署行为审计设备，用于对用户的上网流量进行审计。

2.3.4无线网络扩展。在初期节点的无线网络部署完成后，如果后续对值班宿舍等环境有无线网络覆盖需求，可以通过在已有无线网络中增加AP设备进行网络扩展，从而平滑的扩大无线网络的信号覆盖范围，满足值班员工等上网需求。

3结束语

本套无线组网方案，可以满足M市供电局的管理需求，可以帮助企业进一步降低成本，实现精细化管理。首先，通过项目的建设，为M市供电局各分局等基层单位信息系统安全带来以下提升：（1）建立具有物理安全特性的射频安全区；（2）对于违反无线安全策略的WLAN设备，通过射频信号将其阻断，使

（3）可靠的射频阻断，其无法接入到指定无线网络；提供及时、

（4）保证无线网络的物理安全，安全等级提升至有线网络水平；

对WLAN资产进行识别管理。其次，完成M市供电局所辖陆良、师宗、罗平、富源、马龙、宣威、马龙供电有限公司办公大楼、供电所及营业厅等办公场所无线局域网建设。通过本次设计，在M市供电局及所辖7个供电有限公司全面部署无线局域

快捷、安全网，为M市供电局及所辖县级供电企业提供方便、

的无线网络接入服务，将有效提升工作效率。

（WLAN）[1]魏长宽.无线局域网建设维护实用手册[M].济南：山东人民出版社，2012.

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参考文献院

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