基于51的RGB小灯智能调控装置

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1.前言

RGB灯的应用可谓广泛，许多领域如电子设备中的灯效，公共场所的灯光秀等都应用到了这种RGB灯光变幻技术，本项目正是基于此背景，以实验为目的而进行的。

2.项目内容

2.1项目设计原理

项目所需材料有51最小系统、独立按键、LCD1602、HC-05蓝牙通信模块、RGB小灯、Android设备一台以及appinventor在线编译器。

项目设计分为软硬件设计，首先在硬件电路上，主要由51最小系统、lcd1602、独立按键、RGB小灯和HC-05蓝牙通信模块组成，其中LCD1602的RS、R\W、EN分别接在单片机P1.0、P1.1、P1.2引脚上，而数据位DB0-DB7接在P0端口上，并接上10k的上拉电阻。三个独立按键一端引出共地，各自对角线一端分别接在P2.0,P2.1,P2.2引脚上，HC-05蓝牙模块除GND，VCC接到相应引脚外，TXD和RXD引脚与单片机P3.0,P3.1引脚进行反接，灯光显示模块中，红、绿、蓝色发光二极管一端引出接VCC共阳，另一端分别接在P1.5,P1.4,P1.3引脚上。

其次是软件程序设计，分为单片机程序设计和app端程序设计。首先在单片机程序设计中，以模块化编程为原则，分为LCD1602显示模块，、串口程序模块、按键程序模块、延时程序模块以及RGB灯光显示模快。

在单片机程序整体流程中，首先单片机串口接收到了用户发来的指令，并作数据处理，进行模式甄别以调用相应的灯光模式，如果此时用户按下RGB独立按键，那么相应的颜色变量的值就会增加，从而导致灯光显色发生变化，而且在此流程中，RGB变量的值会源源不断的送入LCD1602中显示，以此循环往复。

在众多程序模块中，RGB灯显示程序的设计显得尤为重要。本项目使用的是三基色全彩LED，公共端接5V,RGB引脚控制低电平有效。对于控制显示RGB灯显示不同亮度，本项目采用了PWM算法调控RGB三基色的显示亮度，从而使混合颜色发生变化。在具体程序中，首先是对传入的范围为0~255的RGB颜色值进行占空比参数的转换。然后在定时器中断0函数中设置定时器初值，使之能达到2KHz,即0.5毫秒的周期，然后再100分频调节RGB引脚电平变化，即实际周期为50ms,即使得RGB小灯亮度100级可调。

/***********************************
*****      RGB数值设置函数      ****
***********************************/
void LedRgb_Set(int r, int g, int b)
{
	 int error_r, error_g, error_b = 0;//设置颜色误差变量
	 r_DutyRatio = (int)((r + error_r) / 256.0 * 100);//R的占空比计算
	 g_DutyRatio = (int)((g + error_g) / 256.0 * 100);//G的占空比计算
	 b_DutyRatio = (int)((b + error_b) / 256.0 * 100);//B的占空比计算
	 if(r_DutyRatio > 100)
		 r_DutyRatio = 100;
	 if(g_DutyRatio > 100)
		 g_DutyRatio = 100;
	 if(b_DutyRatio > 100)
		 b_DutyRatio = 100;
}

/***********************************
*****      定时器0中断函数      ****
***********************************/
void PwmInterrupt() interrupt 1
{
	static unsigned int timeflag;
	TH0 = 0x0FE;//11.0592MHz，2kHz,重装初值
	TL0 = 0x33;
  timeflag++;
	if(timeflag == 100)//50毫秒
		timeflag = 0;

		R = (timeflag < r_DutyRatio) ? 0 : 1;
		G = (timeflag < g_DutyRatio) ? 0 : 1;
		B1 = (timeflag < b_DutyRatio) ? 0 : 1;
}

其次是APP程序设计，项目使用由MIT开发的appinventor平台作为app开发工具，在灯光智能调节app的组件设计上，分为蓝牙连接板块、灯光显示板块以及RGB滑动调节灯光颜色板块。非可视组件有蓝牙客户端、计时器、文本语音转换器。而在逻辑设计上，有蓝牙连接检测程序块、断开连接程序块、发送模式值程序块、发送RGB数值程序块，在app工作流程中，用户首先连接蓝牙设备，如果连接失败，app会语音提示“无法连接服务器”并提示文字，如果连接成功，app会语音提示“已连接”并提示文字，接着用户可以选择灯光模式或者滑动RGB数值滑块来传送相应RGB数值到单片机。

2.2实践难点与解决办法

实践难点中第一是HC-05蓝牙通信模块的应用与调试。在项目前期调试蓝牙时经常会出现设备已连接，确无法收发数据，第二是串口接收数据时，对模式变量和RGB数值变量的甄别与分类。由于串口通信是运用了串行通信的方式，而串行通信只能将字节数据一位一位的发送，即单片机一次只能接收单字节的数据，所以对于想要接收不同字节数量的数值，如何发送，以及如何接收成了一个难点。对于第一个问题，通过请教学长，查询资料发现，对单片机而言，12MHz的晶振并不适用于串口通信，是有误差的，而对于11.0592MHz的晶振，波特率在一定范围里，串口通信是零误差，于是，我更换了单片机里的12MHz晶振为11.0592MHz的晶振，且设计串口初始化程序时，波特率设为9600，蓝牙AT指令里波特率也设为9600。

对于第二个问题，通过思考，我设计出了一套相匹配的app与单片机程序，在app端例如用户了“一般模式“的按钮，蓝牙客户端（手机端）就会向主机（单片机）发送单个字母字符，而如果用户滑动了R的数值条，蓝牙客户端就会向单片机发送‘R’加上滑块位置即颜色值，再加上‘#’这样的一个组合字符串，这样在单片机程序设计中，串口接收程序运用switch结构，普通模式的单字节字母字符被case识别后，会直接调用RGB显色函数，而检测到‘R’‘G’‘B’后，下一次会直接进入default（因为接下来的SBUF里就是数字字符）,定义数组开始一个字节一个字节地接收数据，直到检测到结束位‘#’时，数组赋值结束。

case 'W': 
	mode = 2;
	R_value = 230; G_value = 200; B_value = 238;
	break;
case 'S': 
	mode = 2;
	R_value = 0; G_value = 47; B_value = 167;
	break;
case 'A': 
	mode = 2;
	R_value = 255; G_value = 165; B_value = 0;
	break;
case 'R': flag = 1;//多字节数据起始位，下同
	mode = 2;
	break;
case 'G': flag = 2;
        mode = 2;
        break;
case 'B': flag = 3;
	mode = 2;
	break;

2.3项目展示

项目成果图如下图所示，演示视频以及全部代码已上传至文件夹中。

END