【導讀】智能燈越來越受歡迎
，並且正在穩步成為智能家居的關鍵部分。智能燈使用戶能夠通過智能手機上的應用程序控製燈光，可以在APP界麵打開和關閉燈
，也可以調節顏色。在本文中，我們將介紹一個如何實現智能燈控製器的項目，可以手動按鈕或用移動APP通過藍牙進行控製。為了給這個項目增加一些特色

，我們添加了一些功能
，允許用戶從APP界麵中包含的顏色列表中選擇照明顏色。還可以激活“自動混合”以產生彩色效果，也可以每半秒改變一次燈光。用戶可以使用PWM功能創建自己的顏色混合
，該功能也可以用作三種基本顏色（紅色

、綠色、藍色）的調光器。我們還在電路中添加了外部按鈕，以便用戶可以切換到手動模式並通過外部按鈕調換燈光顏色。

本文由兩部分組成：GreenPAK™設計和安卓應用程序設計。GreenPAK設計基於使用UART接口進行通信。選擇UART是因為大多數藍牙模塊以及大多數其他外設（例如Wi-Fi模塊）都支持它。 因此，GreenPAK設計可用於多種連接類型。

為了創建這個項目，我們將使用SLG46620 GreenPAK IC、一個藍牙模塊和一個RGB LED。

GreenPAK IC將是該項目的控製核心：它從藍牙模塊和/或外部按鈕接收數據，然後開始所需的程序來顯示正確的照明。它還生成PWM信號並將其輸出到LED。下麵的圖1展示了功能框圖。

圖1：框圖

該項目中使用的GreenPAK器件在單顆IC中包含了一個SPI連接接口
、PWM功能塊
、FSM和許多其他有用的附加功能塊。它還具有體積小、能耗低的特點。這使得製造商能用單個IC構建小型實用電路，從而降低生產成本。

在這個項目中，我們將控製一個RGB LED。為了使該項目具有商用可行性，係統可能需要通過並聯多個LED並使用適當的晶體管來提高亮度等級
；電源電路也需要考慮。我們對該項目完成了實現和檢驗。

GreenPAK設計

在GreenPAK Designer軟件中實現的設計由UART接收器、PWM單元和控製單元組成（完整的設計文件可從以下鏈接下載）。

https://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/an-cm-273_gp.zip

a) UART接收器

首先，我們需要設置藍牙模塊。大多數藍牙IC支持UART協議進行通信。UART是(shi)通(tong)用(yong)異(yi)步(bu)收(shou)發(fa)傳(chuan)輸(shu)器(qi)


，可(ke)以(yi)將(jiang)數(shu)據(ju)在(zai)並(bing)行(xing)和(he)串(chuan)行(xing)格(ge)式(shi)之(zhi)間(jian)相(xiang)互(hu)轉(zhuan)換(huan)。它(ta)包(bao)括(kuo)一(yi)個(ge)串(chuan)行(xing)到(dao)並(bing)行(xing)接(jie)收(shou)器(qi)，和(he)一(yi)個(ge)並(bing)行(xing)到(dao)串(chuan)行(xing)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，它(ta)們(men)都(dou)單(dan)獨(du)計(ji)時(shi)。

藍牙模塊中接收到的數據將傳輸到GreenPAK器件。Pin10的空閑狀態為高（HIGH）。發送的每個字符都以邏輯“低起始位（Low Start bit）”開頭，然後是可配置數量的數據位（bit）和一個或多個邏輯“高停止位（High Stop bit）”。

UART發送器發送1個低起始位（Low Start bit）、8個數據位（bit）和1個高停止位（High Stop bit）。通常
，藍牙模塊的UART默認波特率為9600。我們將從藍牙IC發送數據字節到GreenPAK。

由於GreenPAK SPI功能塊沒有低起始位（Low Start bit）或高停止位（High Stop bit）控製，我們將使用這些位（bit）來啟用和禁用SPI時鍾信號（SCLK）。當Pin10變低（LOW）時，我們知道我們收到了一個低起始位（Low Start bit），因此我們使用GreenPAK 內部的PDLY配置為下降沿檢測器來識別通信的開始。該下降沿檢測器為GreenPAK 內部的DFF0提供觸發時鍾
，從而啟用SCLK信號為GreenPAK SPI功能塊提供時鍾。

我們將波特率設定為每秒9600 bit/s，對應SCLK周期為1/9600 = 104 µs。因此我們將OSC頻率設置為2MHz
，並使用GreenPAK內部的CNT0配置為分頻器。為了使接收到的時鍾周期是104 µs
，需要將CNT0計數值設定為2818。

參照圖2中GreenPAK內部的可配置單元圖示，為了確保不丟失任何數據，我們需要將SPI時鍾延遲半個時鍾周期，以便SPI功能塊在正確的時間被計時。我們通過使用CNT6、2-bit LUT1和OSC功能塊的外部時鍾來實現這一點。CNT6的輸出直到DFF0被計時後52 µs才會變高，是該SPI的SCLK周期104 µs的一半。當CNT6為高（HIGH）的時侯，配置為與門的2-bit LUT1允許時鍾信號（CLK Begin）進入OSC 的EXT. CLK0輸入
，其輸出時鍾信號連接到CNT0的CLK端子。

圖2：係統電路框圖

b) PWM功能單元

參照圖3中GreenPAK內部的可配置單元圖示，PWM信號是使用PWM0和相應時鍾脈衝發生器（CNT8/DLY8）生成的。由於脈衝寬度是用戶可控的，我們使用FSM0（可以連接到PWM0）來統計用戶數據。

在SLG46620中

，8-bit FSM1可以與PWM1和PWM2結合使用。需要連接藍牙模塊
，即必須使用SPI並行輸出模塊。SPI並行輸出模塊的bit 0~7與DCMP1
、DMCP2和LF OSC CLK的OUT1和OUT0組合。PWM0從16-bit FSM0獲得其輸出。如果不改變

，這會導致脈衝寬度過載。為了將計數器值限製在8位（bits），我們添加了另一個FSM：FSM1用作提示計數器達到0或255的提示器。FSM0用於生成 PWM脈衝，因此FSM0和FSM1必須同步。由於兩個FSM都有預設的時鍾選項
，因此CNT1和CNT3用作將CLK傳遞給兩個FSM的中間分頻媒介。這兩個計數器設置為相同的值
，在本文中為25。我們可以通過改變這些計數器值來改變PWM值的變化率。

FSM的值由來自SPI並行輸出模塊的信號“+”和“-”來增加和減少。

圖3：PWM單元設計

c) 控製單元

參照圖4中GreenPAK內部的可配置單元圖示


，在控製單元內
，接收到的字節是從藍牙模塊獲取到SPI並行輸出
，然後傳遞給相關的功能模塊。首先
，將檢查PWM CS1和PWM CS2輸出，查看PWM模式是否被激活。如果它被激活，它將決定通過LUT4、LUT6和LUT7中的哪個通道輸出PWM。

LUT9
、LUT11和LUT14負責檢查其他兩個LED的狀態。LUT10、LUT12和LUT13檢查手動按鈕是否被激活。如果手動模式處於開啟狀態，則RGB將根據D0、D1
、D2輸出狀態運行，每次按下顏色按鈕時
，這些輸出狀態會改變。它隨著來自CNT7的上升沿而變化，CNT7用作上升沿信號的去抖動功能。

Pin 20配置為輸入，用於在手動控製模式和藍牙控製模式之間切換。

如果禁用手動模式並開啟自動混合模式，則顏色每500毫秒改變一次
，上升沿來自CNT7。4-bit LUT1 用於防止D0 D1 D2處於“000”狀態，因為該狀態會導致燈在自動混合模式時關閉。

如果手動模式
、PWM模式和自動混合模式未啟用，則紅色、綠色和藍色SPI命令流向引腳12、13和14，這些引腳配置為輸出，並連接到外部RGB LED。

圖4：係統電路框圖

DFF6、DFF7和DFF8用於構建3-bit二進製計數器。計數器值隨著CNT7脈衝增加，並在MUXs' （GreenPAK邏輯單元LUT10


、LUT12、LUT13）的輸入端產生不同的D0，D1，D2邏輯組合。

安卓應用程序

在本節中
，我們將創建一個安卓應用程序，它將監測和顯示用戶的控件選擇。界麵由兩部分組成：第一部分包含一組具有預定義顏色的按鈕，因此當按下這些按鈕中的任意一個時，相應顏色的LED會亮起。第二部分（MIX方塊）為用戶創建混合顏色。

在第一部分，用戶選擇他們希望PWM信號通過的LED引腳；PWM信號一次隻能傳遞到一個引腳。下麵的列表在PWM模式期間邏輯地控製其他兩種顏色的開/關。

自動混合按鈕負責運行自動換燈光模式，每半秒換一次燈光。MIX部分包含兩個複選框列表，用戶可以決定將哪兩種顏色混合在一起。

我們使用MIT App Inventor網站創建了該應用程序。該網站允許用戶在沒有任何軟件經驗的情況下

，使用圖形軟件塊創建安卓應用程序。

我們最初設計的圖形界麵添加了一組負責顯示預定義顏色的按鈕，我們還添加了兩個複選框列表，每個列表有3個元素；每個元素都在其單獨的框中顯示，如圖5所示。

圖5：App界麵

用戶界麵中的按鈕與軟件命令相關聯：應用程序通過藍牙發送的所有命令都是以字節格式，每一個bit負責特定的功能。

表1顯示了發送到GreenPAK的命令幀的形式。

表1：bit幀表示

前三個bit：B0、B1和B2將通過預定義顏色的按鈕在直接控製模式下保持RGB LED的狀態。因此，當單擊其中任意一個按鈕時，將發送該按鈕的相應值，如表2所示。

表2：命令bit表示

B3和B4 bit控製“+”和“-”命令，它們負責增加和減少脈衝寬度。按下按鈕時bit值為1
，鬆開按鈕時bit值為0。

B5和B6 bit負責選擇PWM信號將通過的引腳（顏色）：這些bit的顏色指定如表3所示。最後一個bit B7負責激活自動混合功能。

表3：PWM通道選擇bit

圖6和圖7展示了將按鈕與負責發送以上值的編程塊鏈接的過程。

圖6：按鈕的編程塊

圖7：發送“+”和“-”命令幀

下方圖8為頂層電路圖。

圖8：電路圖

控製器已測試成功，顏色混合以及其他功能均顯示正常工作。

結論

在本文中，我們創建了一個由安卓應用程序進行無線控製的智能燈電路。該項目中使用的GreenPAK IC有助於將幾個用於控製燈光的基本組件集成到一個小型IC中。

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