BLE(蓝牙4.0）LED无线智能灯控研发大揭底——阿拉丁神灯小队

只看该作者 · 2013-8-23 16:48

小队满月有话说：成员内部三度PK 屌丝、奶爸暗中较劲

阿拉丁神灯小队满月啦！

2013年8月17日，小队光荣成立一个月。成员们为了神灯各种牺牲：King到处奔走，轻减了小肚腩；黑桃A规划神灯方向，平添了几根白发；屌丝一门心思扑在神灯上，冷落了女友；更加可怜的是超级奶爸，奶娃已然不认识他。可喜的是项目进展顺利，硬件上：蓝牙4.0模块、灯模具、灯珠选定，恒压先行方案确定；软件上：基本玩转低功耗蓝牙无线技术，简易版PWM软件已经基本实现对LED灯颜色调控。

然而各路狂人相遇，看似风平浪静的表面，实则暗潮汹涌，大家凭借着技术员固有的自信和固执，面对问题各执己见、分歧不断：

第一回合：BLE or ZLL,King胜出

小队以“创造比肩飞利浦HUE的无线智能LED灯控产品”为目标，但是对于先走蓝牙4.0方向还是先走Zigbee方向，小队成立之初就产生了重大分歧，以King为首的BLE支持方和以黑桃A为首的ZLL支持方据理力争，最终King暂时胜出，小队决定：以BLE项目先行，ZLL后期并行的方式进行工作。

第二回合：灯模具选择，集体表决P掉屌丝男

在面对五花八门的灯磨具，大伙可谓挑花了眼，在这一对样品中，屌丝男首先相中了的蓝色大内腔空间这款，散热好且电源尺寸限制小，技术难度相对要小；但是小队其他人都看中了白色小尺寸、做工更加圆润精细的这款，最终少数服从多数，屌丝男无奈听从大家的建议，只能在设计上花更多功夫。

第三回合：恒压还是恒流，屌丝男胜出

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。

在所有的这些冲突中，较劲最为明显的要数分别负责硬件设计和软件设计的屌丝男和超级奶爸，屌丝男选定了灯珠和摆放方案，超级奶爸立马实现CC2540模块和手机通讯，超级奶爸调试CC2540底层驱动成功，屌丝男立马着手灯具腔体结构设计，总之你追我赶，好不热闹。

30天的时间里，虽说分歧不断，但也精彩不断。自然，好戏还在后头，各位看官，敬请期待！

1万 · 2013-8-23 23:11

本帖最后由 cjseng 于 2013-8-23 23:15 编辑

我要泼冷水，灯壳选型不当，散热存在大问题，做出来的成品光衰会很厉害。
另外，测试下不同温度下灯珠的压降，你会发现，3.5V只是你的想象。恒压的话，嘿嘿！
在我看来，这个项目难度最大的是电源，其它都是浮云。

只看该作者 · 2013-9-5 13:57

cjseng 发表于 2013-8-23 23:11
我要泼冷水，灯壳选型不当，散热存在大问题，做出来的成品光衰会很厉害。
另外，测试下不同温度下灯珠的压 ...

:handshake太专业了，灯具散热是存在些问题，恒压方案我们现在已经否决了，最终决定恒流，感谢你的建议了

只看该作者 · 2013-9-5 13:58

喜讯喜讯：小队又添新成员 Zigbee技术达人主动加入

小队成立以来，King带领A(黑桃A）、B（超级奶爸Barr)+C（90后嫩妞cathy)+D（包租婆Doris)+E（屌丝男Eason）组合并肩奋斗，“蓝牙4.0无线智能LED灯控”项目进展顺利。期间，引起了不少业内人士的关注，有网站看到宣传希望我们能在他们的网站也落户建立博客的，有行业人士愿意免费提供样品的，更有不少有志之士希望能够加入我们的团队，zigbee技术达人Frank就是其中之一。经过全体小队成员考核，最终同意Frank加入，成为我们新的队友。

人物简介：zigbed技术达人Frank，绰号小Z，80后，毕业后一直从事zigbee项目研发，特立独行，为人自信张狂，看好智能家居市场，因为在网上看到阿拉丁神灯小队信息，主动加入。

姓名：Frank

绰号：小Z

年龄：28

身高：173公分

体重：65公斤

星座：狮子座

血型：A型

技术强项：zigbee

业务兴趣：足球

口头禅：你看吧！听我的没错！

只看该作者 · 2013-9-5 14:00

无线及驱动板设计完成恒流方案最终胜出

LED灯无线设计

话说“傍着大树好乘凉”啊！在无线射频部分，小队采用了TI CC2540低功耗蓝牙方案，发射功率为4dbm，接收灵敏度高达96dbm，更好的临到抑制比，可满足-40-85摄氏度的宽温工作。如此高性能的模块，实在为LED无线设计部分省去了不少事，屌丝男非常得意于当初的决定，进行了如下输出匹配设计：

1、输出巴伦设计：采用适宜的LC组成，仿真如图1所示，仿真数据如图2，采用TI的推荐电路，相位，比较准确，仅相差180度。

图1

图2

2、输出天线设计：采用倒F天线（如图3所示），仿真数据如图4所示，经过测试，从图5所示可以看出，TI的天线效果还是相当好的，辐射方向，增益都是比较给力，都不用去再去额外设计天线了。

图3

图4

恒流方案最终定版，驱动板设计完成

而在电路设计上，屌丝男终于顶不住大家的反对声，决定抛弃之前的恒压方案，采用高性能、高技术难度的恒流方案，以延迟LED灯使用寿命，结合TI的参考设计，并查阅对方资料，最终得到如下电路设计图：

图6

驱动部分采用高精度恒流IC PAM2861，该芯片有高的信价比，封装小，输出功率大，转换效率高达97% 电压范围宽，恒流精度高等特点。应用电路如图7所示。

图7

运用公式计算恒流电流，决定取0.3欧，输出电流为330Ma，下图是LED与开关频率关系图8所示。器件选型完成后进行动手搭接电路制作，电路如图9

图8

图9

最终电路板

至此，驱动板设计完成，接下来进行投板，验证。

只看该作者 · 2013-9-25 17:48

APP调色算法设计、定时功能、渐变功能设计

最近超级奶爸可谓出尽了风头，要知道嫩妞cathy可是为他拍摄了好几段“个人视频”，并无保留分享了（上优酷：搜索“阿拉丁神灯小队”http://i.youku.com/u/id_UMTI4MTYyODc2NA==或登录小队微博、博客都能找到）。在视频上，超级奶爸展示了TI CC2540开发套件联机测试结果、PEM控制软件调试、色饼图控制LED灯颜色，APP开发进展顺利。

经过一周时间的努力，超级奶爸又对调色算法、定时功能和渐变功能进行了设计，在这里也无私奉上吧！

调色算法设计

工作原理：通过改变三原色（RGB）的亮度比例组合成不同颜色。

在调试样板上，可以简单的认为，LED灯亮度与PWM成正比，调节PWM占空比就是调节LED灯亮度，所以通过改变PWM占空比的组合，实现组合成不同的颜色。

在编写调色操作代码时，设计在色饼上取出当前选取点颜色，再将取出颜色转换成RGB的亮度，并将亮度值发送给模块。

实现方法为：

1、使用第三方的控件制作一个色饼；

2、移动色饼上的取色点，能实时准确的取出色饼上对应点的颜色；

3、再将取出的颜色转换成RGB的亮度值；

4、将亮度值转换成模块能识别的RGB亮度值，发送给模块。

定时功能设计

在前期功能构想时，我们已经计划神灯必须具备定时开关的功能，已实现更加智能的控制。

具体实现步骤为：

1、在蓝牙灯与手机连接时，获取手机当前时间，修改蓝牙灯UTC。

2、在手机设置定时时间时，将设置结果设置到蓝牙灯上，如果开启定时功能，则周期比较定时时间。

3、如果定时时间到达，则开启/关闭蓝牙灯。

渐变功能设计

渐变功能要求：使得LED灯颜色逐步实现从一个颜色转变变成另一个颜色。

实现方法：

1、颜色与RGB亮度有对应关系，RGB亮度与PWM占空比有对应关系；

2、改变颜色就是改变RGB亮度，改变RGB亮度就是改变PWM占空比。

3、从第一个颜色变成另一个颜色，就是从对应第一个颜色的PWM占空比变成对应第二个颜色的PWM占空比。

4、从第一个PWM占空比变成第二个PWM占空比时，将这个时间变成N等份，将变化的PWM占空比差值也变成N等份，每过1等份时间，PWM值也变化1等份PWM变化差值，就实现了PWM的渐变过程，也就实现了颜色的渐变过程。

实现了上述功能后，超级奶爸正通过嫩妞联系了美工进行界面设计，相信到时候定能呈现美轮美奂的APP界面。

只看该作者 · 2013-9-25 17:52

灯具散热性经受考验 P掉飞利浦HUE

为了评估阿拉丁神灯的温度控制效果，屌丝男在市面买了很多家的球泡灯进行测试，有淘宝上售卖的灯泡，也包括jociy灯以及飞利浦的HUE这样的大品牌。

经过测试我们发现，小公司的灯一般因为追求底价和亮度，在温度上的关注会比较少，而像jociy这样的大品牌30分钟后即可恒定在63度左右，比一般的灯的温度上都要低上10度，散热做得相对不错。

然而在测试飞利浦的灯时，我们却惊人地发现，飞利浦标称9.2W实测6.5W的灯，虽然温升相比其他厂家的灯泡明显缓慢，但却需要1个小时左右的温度恒定时间，恒定后的温度大约在72度，看来对于飞利浦巨头对于HUE的设计，也没有太多关注灯具温度。

市面上的LED灯

在公布小队选定的模具后，有不少人对于阿拉丁神灯的灯具表示质疑，认为我们只是单方面追求美观，未能很好考虑灯具的散热性。小队其他人也曾一度对屌丝男施压，要求尽快评估这款灯具的散热性，如果不行尽早更换方案。面对各方压力，屌丝男始终相信：猜测只是猜测，评估灯具散热性能的好坏，看最终的测试数据。

二次选型后确定的灯具

“6.48W的灯泡，在经过42分钟后，温度恒定在62度左右”，这真是一个振奋人心的测试结果，事实证明：我们的灯具选型是没有问题的，在散热行上是可行的，符合最初设计要求。

现在以图为证，贴上屌丝男测试各家的结果：

1、阿拉丁神灯小队的灯：功率6.48W，约42分钟后恒定在62℃；

2、jociy品牌的灯：功率9W，约30分钟后恒定在67℃；

3、飞利浦HUE：功率6.8W，1小时后恒定在74℃；

只看该作者 · 2013-9-25 17:53

蓝牙灯聚光性、混色效果评估

在灯珠的布局上，我们最终采取的是以5颗4000K的灯珠和6颗RGB组成的LED阵列组合，在lighttools软件的给力仿真下，最终确定为这样的组合模式：

分别测试了“正白偏暖”、“青色”、“绿色”、“红色”几个颜色，奉上图片，大家一起来评估效果：

正白偏暖

青色

绿色

红色

通过以上调试，我们欣喜地发现：调光颜色基本正确，手机APP中色盘指在什么地方颜色，灯会显示什么颜色出来，没有延迟，也无色差。

同时，得益于最初模具选择的亚克力奶白灯罩，大多数灯罩用在RGB调试灯上暴露的色块、色斑的缺点，我们在调光过程中也没有发现；而且灯罩透光率高，光照清晰柔和；具有高阻燃性及高抗冲击的优点；

就这样调试了一天后，新的问题出现了（在这里先不说明什么问题，等到解决了，再做分享），赶紧去联合超级奶爸一起解决！

只看该作者 · 2013-9-25 17:55

最终bug纠正，神灯开发工作完成

正准备整机试运行时，新的问题出现了。

一、开机时瞬间爆闪。

二、调试换色时，光线忽闪。

针对以上问题，我们进行了各种可能性分析，也想了很多方法进行排除，结果总算功夫不负有心人。

一、开机瞬间爆闪——I\O口输出管脚处接1K下拉电阻；

翻阅了众多资料后，屌丝男把问题的落脚点放到了CC2540的I\O口上，开机的瞬间，它从高电平瞬间还原成软件设置的状态，才会导致开机时的瞬间爆闪。最终，我们在I\O口输出管脚处接了一个1K下拉电阻，问题总算得到了解决。

二、调试换色时，光线忽闪——PWM频率与电源匹配

发现换色时光效忽闪的情况，刚开始屌丝男还以为是电源变压器的功率不够引起的，我们买了假性负载，实测电源足足可以到750ma左右不成问题，也就是说，不管我的灯珠是怎么样的变化方式和亮度，我的电源完全满足需求。最后在论坛上，群里得到网友的建议，PWM频率是否和电源匹配，当时还是不理解，因为我们当时的PWM频率是120hz，最后改动到1Khz问题得到解决。

下面正式进入整机试运行及老化测试，阿拉丁神灯已经基本成形，正是面市时间指日可待！