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BLE(蓝牙4.0)LED无线智能灯控研发大揭底——阿拉丁神灯小队

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楼主: yawensan
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yawensan 发表于 2013-8-7 11:09
在无线技术上,我们是有信心超越的

提醒你一句:超越了可能是坏事.不说原因

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tyb520| | 2013-8-7 16:26 | 只看该作者
学习了……

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yqg80| | 2013-8-7 18:02 | 只看该作者
这个东西主要是推广ZIGBEE用的,还有灯本身实际发光效果如何是重点。

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pa2792| | 2013-8-7 23:09 | 只看该作者
搞什么无线啊,直接做电力线调解!

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yawensan|  楼主 | 2013-8-8 11:07 | 只看该作者
yqg80 发表于 2013-8-7 18:02
这个东西主要是推广ZIGBEE用的,还有灯本身实际发光效果如何是重点。

看来也是专业人士,我们先研究低功耗蓝牙BLE的,后期开发ZIGBEE,到时候还要多提意见啊!

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yawensan|  楼主 | 2013-8-8 11:09 | 只看该作者
阿拉丁神灯
(BLE系列)项目开发规划
一、研发目标:
阿拉丁神灯必须具备以下功能:
1.功率暂定6~8W,电源AC220V
2.通过BLE无线技术,实现手机对球灯泡的调光控制
3.颜色深度R256*G256*B256*W256,色度,亮度任意可调
4.支持多种渐变模式,或闪烁模式
5.灯光的色彩和明亮能和手机音乐互动
6.通过手机设置,可实现定时开关
7.一个手机最多可带四个阿拉丁神灯,可实现同开同关

二、研发周期:
整个研发大致控制在两个月内,至少做出五台阿拉丁神灯-BULE。

三、技术难点:
1.首个难点肯定是BLE技术的掌握。选择TI的CC254X的方案,资源丰富, 51内核上手快。应当为首选。
2.让阿拉丁神灯有足够长的寿命。发热是电子产品的硬伤,它直接关系到产品的寿命。可以从两个方面进行考虑:
a) 少发热。尽可能提高发光效率,降低热消耗,尽量少产生热是此产品的设计要点。这点可以从灯珠的选型,高效率电源模块的选择入手,更重要的也是最难的是:如何让选择的灯珠恰好工作在发光效率最高的区间内。
b) 多散热。物理学中学过,热传播的三种形式吧,传导,辐射,对流。首先应该设计合理的导热方式,让灯珠的热量尽可能快速传导到散热结构上,其次必须选择具备最佳散热效果的散热外型。最好能同时具备多种散热方式的外型模具。
3.阿拉丁神灯必须具备高度一致的色彩还原能力。
在真实使用过程中,用户通过手机中的色饼进行选色,此时可以从手机端获取一RGB值,通过BLE无线技术发送到球泡灯模块,模块如何根据此RGB值真实地还原到色饼上的色彩?这是一个很棘手的问题,需要通晓色彩学,光学,熟知灯珠的发光特性,估计需要一特定算法,来进行色彩还原。这是最难的地方,当然也是打败对手的绝世神功!
4.超舒适的调光体验,阿拉丁神灯不能少。
要调光很简单,直接修改脉宽调制信号即可,但要做到舒适,那得下一番功夫。首先必须是渐变的,从色彩到色彩的转变是逐次逼近的,其次这种渐变肯定是连续的,这样眼睛看上去才无跳跃感。这是用户体验最直观的感受,忽视不得!

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yawensan|  楼主 | 2013-8-8 11:11 | 只看该作者
在此贴出阿拉丁神灯小队BLE(蓝牙4.0)LED无线智能灯控项目研发计划表,恳请各位看官提出宝贵意见,先谢过啦!



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edali| | 2013-8-8 14:09 | 只看该作者
求小嫩妞玉照

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p04050405| | 2013-8-8 15:39 | 只看该作者
求小嫩妞照。

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支持一下

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yawensan|  楼主 | 2013-8-9 14:16 | 只看该作者
p04050405 发表于 2013-8-8 15:39
求小嫩妞照。

哈哈,节操呀,节操…

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好知了之| | 2013-8-9 15:40 | 只看该作者

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yqg80| | 2013-8-9 16:47 | 只看该作者
yawensan 发表于 2013-8-8 11:11
在此贴出阿拉丁神灯小队BLE(蓝牙4.0)LED无线智能灯控项目研发计划表,恳请各位看官提出宝贵意见,先谢过 ...

我以前听TI的人说过,貌似蓝牙在家里面穿透性太差,不适合做智能家居的级联。这个飞利浦的灯,在国外都是用苹果手机操纵。除了当做灯之外,还当做智能家居的核心网络,这样每个屋子都不用拉线,直接无线就可以了。用ZIGBEE是应为它的穿透性更好。

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yawensan|  楼主 | 2013-8-12 14:21 | 只看该作者
yqg80 发表于 2013-8-9 16:47
我以前听TI的人说过,貌似蓝牙在家里面穿透性太差,不适合做智能家居的级联。这个飞利浦的灯,在国外都是 ...

分析得有到底。所以,蓝牙4.0的灯控是我们小队的第一步,做一个台灯或几盏灯的调光,后续把蓝牙4.0的灯控方案做到完善后,会再继续Zigbee的方案。

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yawensan|  楼主 | 2013-8-15 18:30 | 只看该作者
灯珠最佳发光效率区间确定

      在确定选择欧司朗的灯珠后,屌丝男Eason激动不已,发誓一定不辜负这么好的灯珠,全力以赴打造最好的产品。与小队成员协商后,小队神灯的硬件指标出炉:
光通量:400lm(满足一般照明),并结合实际设计
RGBW四色合成(兼容协议)
总功率为6.5W
灯套件为网上选取的公模


     各色灯珠个数分别为:
LA_CP7P red(两颗)
LT_CP7P green(两颗)
LD_CP7P_blue(两颗)
LUW_CP7P_OS_PD_2011_014(5颗)


       然而,确定灯珠最佳发光效率区间却让屌丝男煞费苦心。三种LED芯片发出的光的驻波长比例是:红光为617nm,绿光为 528nm,蓝光为455nm,经过多次试验测试后,得到的各色灯珠的最佳发光效率区间为:
    红光:80lm,  617nm
    绿光:98lm, 528nm
    蓝光:40lm,455nm
    白光:108lm


        同时,计算RGBW四路灯工作电流,由于全亮的时RGW灯珠是灭的,白光全亮,流过LED的正向电流是350ma ,108*5=540lm,考虑到LED使用寿命问,屌丝男决定将正向流过电路调节到280ma,光通量为84.6Lm,84.6*5=423lm,符合设计要求,以下为仿真取色图:


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yawensan|  楼主 | 2013-8-15 18:31 | 只看该作者
玩通低功耗蓝牙无线技术

       看到屌丝男紧锣密鼓的展开工作,超级奶爸也不甘落后,赶紧着手研究BLE从设备与手机连接的工作,具体分为以下4个步骤:

1、 将CC2540做为从机角色工作,开启广播。

2、 手机做为主机角色工作,开启扫描。

3、 主机扫描到从机后、判断是否连接,如果需要连接,则发起连接。

4、 从机响应主机连接,CC2540与手机完成连接。


         但是,测试过程中却发现TI的参考代码有一个问题,所有正在广播的BLE设备都能被找到,如何过滤多余的设备呢?对此,超级奶爸进行了多方尝试,比如使用经典蓝牙的加密、配对、绑定等方法,可是统统都不管用。上网、翻书找资料,问朋友,经过不断努力,超级奶爸终于找到了两个解决办法,一是在手机扫描服务的时候进行过滤,因为每类BLE设备的服务还是有不一样的,通过判断服务进行过滤。二是在CC2540这边加入一定的识别码,如果多个BLE设备都包含了同一个服务,这个服务又正好是我过滤的条件,再通过识别识,就基本上可以过滤其它的BLE设备了。


         通过测试,信驰达CC2540模块与手机成功建立连接。

CC2540广播状态示意图

CC2540连接状态示意图


        调试手机底层,手机上电后自动开始扫描、扫描成功后自动连接、连接成功后、自动扫描服务与特征值。


手机自动连接CC2540调试结果


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yawensan|  楼主 | 2013-8-23 16:42 | 只看该作者
7V恒压方案先行
对于采用恒压源还是恒流源方案,小队成员再一次产生了分歧,屌丝男认为现阶段经验缺乏,先采用恒压模式,更好调试;而King则**采用恒流模式,制造更有技术优势的产品。争论过后,King作出妥协,决定先听从神灯的硬件负责人屌丝男Eason的建议,但是也强烈要求等技术成熟后采用恒流方案。

之前已经指出,小队选取的是欧司朗11颗灯珠的阵列组合。虽然白光时RGB灯珠是灭的,但是考虑到余量和全亮的可能,电源设计必须留有余量,因此至少要大约11W才保险。白光LED灯珠发光的导通压降是3.5V,我们采用的是两个白光灯珠串联的形式,输出电压是7VLED白光全亮和RGB全亮要求电源输出功率达到12W,输出电流为1.75A符合最大设计要求,所以我们确定使用7V恒压模式。驱动选取了NMOS管(SI2302)可以承受流经最大的电流为2A。电路如下,
LED驱动电路原理图
驱动电路PCB

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yawensan|  楼主 | 2013-8-23 16:44 | 只看该作者
确定灯珠摆放方案

    好的混色效果除了波长的比例、颜色的比例以外还需要一个很好的角度。如下图A处就是混色出的白光最佳效果位置。
在灯珠摆放的方案上,屌丝男费了不少功夫,设计出了神灯的电路(如下图),结合理论计算与欧司朗、飞利浦方案拆解对比,除了效率比较低以外,其他功能和数据参数与理论计算很吻合。
  
   期间,不考虑效率,屌丝男进行了多方尝试,设计出了多个不同的样品和方案:
    经过测试,最终选择了以下方案:
    下一步的工作,就是要考虑腔体结构,散热效果,LED与灯罩之间的距离了。


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yawensan|  楼主 | 2013-8-23 16:45 | 只看该作者
灯模具二次选型确定
所有电路搭接好后,经过屌丝男测试,整机电流为:1.14A8W
在灯模具的选择上,屌丝男选取了多款模具样品,一开始采用的是下图蓝色大内腔空间,大散热叶的这款。
    但是,经过小队成员的再三商议,如下图所见的这块尺寸更小、更为精细的白色模具获得了大家的青睐,该内腔尺寸为直径5cm,高度50mm,据说出自给SHARP做模具的厂商
在寻找电源供应商时,屌丝男找到了不下5家电源厂商,目前选择的电源厂商,在尺寸和功能上已经基本实现,下一步将进行电源EMI设计等。

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yawensan|  楼主 | 2013-8-23 16:47 | 只看该作者
调试CC2540底层PWM驱动
而超级奶爸这边,在学会了通过BLE实现对底层的控制后,更是从通过朋友找来了一套TI官方BLE学习套件,尝试调试CC2540底层PWM驱动。
手机正常收到主机发送的数据后,将数据配置成PWM输出数据,使用TI推荐的第三方蓝牙调试工具LightBlue进行测试,具体操作见图:
发送(R:0x55 G:0xAA B:0x55)数据给CC2540输出PWM
发送(R:0xFF G:0xFF B:0xFF)数据给CC2540输出PWM
发送(R:0x40 G:0x80 B:0xC0)数据给CC2540输出PWM
   此外,超级奶爸更是马不停蹄地设计简单的PWM控制界面,对RGB灯珠进行颜色调控、测试。
简单版的PWM控制界面
简单版的PWM控制软件调试输出结果
   下一步的工作,超级奶爸将着手寻找美工支持,开始设计图标和APP界面。


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