在物联网的时代，有很多平凡的项目可以通过添加互联网连接变得更有趣。LED照明就是一个这样的例子。有各种预制的商业解决方案，例如Philips Hue。其中大多数使用Zigbee无线协议，需要设备和WiFi路由器之间的额外网关。该项目使用粒子光子实现了一个纯基于WiFi的系统。光子可以直接连接到家庭WiFi网络，无需网关。Blynk用于创建可在Android和iOS设备上使用的自定义远程。

本项目的目标包括：

  • 创建一个可以通过WiFi从智能手机控制的RGB LED控制器。
  • 具有多种效果模式，如呼吸、变色等。
  • 能够将LED的闪烁与附近音乐源的音乐同步。

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所需资源

  • Particle Dev IDE  2-云版本Particle Build 1 也可以工作，但我发现使用桌面版本更容易。【https://www.particle.io/blog/，https://login.particle.io/login?redirect=https://build.particle.io/build/new】
  • Blynk App 【https://blynk.io/】
  • LED-Controller-Source.zip -包括KiCad原理图/布局、gerber文件、源代码和外壳STL文件。 【https://forum.digikey.com/c/eewiki/57】
物料清单[td]
数量标号型号值
6C1, C2, C5, C6, C7, C8445-173583-1-ND1u
5C3, C9, C10, C11, C12490-8809-ND0.1u
1C4478-1883-ND0.33u
1J1CP-050AH-ND套管 - 电源连接器
1J2S5479-ND4 位置 接头 连接器
1MK1102-1721-ND麦克风
3Q1, Q2, Q3FDP8880FS-NDNMOS
1R12.2KH-ND2.2k
3R2, R3, R410KH-ND10k
1R51.0MH-ND1M
2R6, R71KH-ND1k
1R8680QBK-ND680
1RV1PDB12-H4301-105BF-ND1M
1U1296-1857-5-NDTLC555
1U2MCP601-I/P-NDMCP601P
1U31878-1000-ND光子模块
1U4MC78M05CTGOS-ND 1MC78M05CDT
3U5, U6, U7MCP1407-E/AT-NDMCP1407
1
1647-1035-2-NDRGB LED 灯带
1
102-3665-ND12V 60W 电源
2
S6100-ND1 2 位置 0.1" 母形插口
4
1772-1337-ND#4-40 六角支座3/16"
4
36-9901-NDPhillips #4-40 机械螺钉

表1 物料清单
硬件
如下图1所示，电路有3个主要部分和4个辅助部分。每个部分总结如下。

  • 上排包含电源电路。
12V通过电源连接器接入，并通过线性调节器U4，然后输出到LED连接器。

  • 在麦克风部分：

  • 麦克风MK1用于拾取背景音乐，光子可以使用它来同步LED。
  • 电阻R2和R3为音频信号添加约1.65V的直流偏压。
  • R6和C12产生具有2400Hz频率截止的低通滤波器。由于光子将使LED与音乐的“脉冲”同步，因此只需要低频（100-1 kHz）。
  • 运算放大器U2以取决于R5和电位计RV1的增益放大信号。基本增益设置为1000，但可以通过将电位计设置为其最大值来增加到2000。根据需要调整R5的值以增加或降低灵敏度。
  • 运算放大器反馈路径中的电容C2确保信号中只有AC分量被放大，而DC分量不受影响。

  • 在左下角，处于稳定模式的555定时器产生4.8 kHz的方波，用于建立光子ADC的采样率。
  • 光子接收放大的音频信号和来自555定时器的触发器以设置采样率。它还为LED生成PWM信号。
  • 来自光子的PWM信号被传递到MOSFET驱动器U5、U6和U7。这些驱动器允许输出MOSFET（Q1、Q2、Q3）的栅极以更高的电压驱动，从而降低Rdson，同时也在LED的12V信号和光子之间提供额外的隔离屏障。
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图1 电路示意图

下图2显示了PCB布局。所有部件都是通孔，以便于手动组装，但使用表面安装部件可以大大减小尺寸。
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图2 PCB布局

Blynk设置
该项目的Blynk远程程序使用7个小部件，对于一个免费用户，要求获得所有可得的积分。布局如图3所示。
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图3 Blynk远程应用程序

小部件配置如下所示。为所有小部件启用了发布时发送，以最大限度地减少数据使用。每个设置都分配了自己的虚拟引脚，当更改设置时，将调用光子上的用户定义函数。

  • 颜色调制菜单（V0）

  • 常亮
  • 彩虹-不断地在彩色光谱中循环。

  • 亮度调制菜单（V1）

  • 常亮
  • 呼吸-逐渐消失。
  • 音频同步-与音乐节拍同步。

  • 亮度滑块（V2）

  • 设置最大总亮度
  • 范围：0→ 100%
  • 默认值：25%

  • 亮度速度滑块（V3）

  • 设置呼吸或音频模式下亮度变化的速率
  • 范围：80→ 5毫秒
  • 默认值：30毫秒

  • 声音阈值滑块（V4）

  • 调整在音频模式下触发LED所需的级别
  • 范围：0→ 2048
  • 默认值：1500

  • 颜色速度滑块（V5）

  • 设置彩虹模式下颜色变化的速率
  • 范围：80→ 5毫秒
  • 默认值：30毫秒

  • zeRGBa颜色选择器（V6）

  • 将输出合并到单个虚拟引脚
  • 范围：0→ 每种颜色255
软件

光子的完整应用程序代码以及用于生成滤波器系数头文件的Octave/MMatlab脚本如下所示。总结如下：

  • 应用程序代码通过使用SYSTEM_THREAD（ENABLED）与后台粒子任务并行运行。这允许setup（）运行，直到需要WiFi连接而不被阻止为止。
  • RGB控制器程序的主循环只需调用Blynk.run（）来获取应用程序的更新。所有其他处理都在亮度和颜色计时器的回调函数中执行。
  • BLYNK_WRITE（）宏定义了当从BLYNK应用程序中的小部件检测到更改时要采取的操作，如图3所示。
  • update_leds（）在每次调用一个计时器回调函数时修改PWM占空比。
  • get_sample（）以~4800 Hz的速率调用。当选择音频模式时，此功能将读取ADC，并使用以下八倍频脚本创建的100阶FIR带通滤波器对输入进行滤波。
  • 使用具有20位小数精度的定点算法执行计算。fixed_mult（）用于执行乘法运算，并包含获得正确结果所需的额外类型转换和移位。
rgb_conrtoller.ino.txt (10.2 KB)【https://forum.digikey.com/uploads/short-url/x9RCGqsXwdVE3Qsp3NYJoKetWfF.txt】
rbg_fir.m (1.2 KB)【https://forum.digikey.com/uploads/short-url/ijpHerAiGU1UpFhLtZLusPXNluA.m】
coeffs.h (818 Bytes)【https://forum.digikey.com/uploads/short-url/kTIdsY2cR2pryyQVZMAEWqjGrCS.h】

附件
一个简单的盒子被3D打印以容纳PCB。板和支座的安装孔的尺寸对于M3或#4-40螺钉来说是宽松的。STL文件可以在下面下载。

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LED-Box-STL.zip (50.7 KB) https://forum.digikey.com/uploads/short-url/wC9gc8d83xkTUTFU0WmGZX9t2pu.zip

总结
该项目允许用户设置相对简单的无线LED照明系统。通过WiFi使用Blynk应用程序控制LED。颜色和亮度可以通过应用程序进行调整，还可以选择一些特殊模式。该系统还包括一个麦克风，以创建音频同步效果。这些功能应该为任何想要创建自己的WiFi控制LED系统的人打下坚实的基础。