Блютуз контроллер для светодиодной ленты.

Вадим Колесник, Тирасполь

Android Bluetooth RGB controller - простое аппаратно-программное решение для управления RGB светодиодной лентой или RGB светодиодами посредством Android-устройства с поддержкой Bluetooth

Статья носит ознакомительный характер, и в ней я постараюсь максимально подробно описать процесс создания простой системы, с помощью которой можно удаленно управлять RGB светодиодной лентой (или RGB светодиодами) посредством любого Android-устройства с интегрированным Bluetooth-модулем (Рисунок 1). Материал будет полезен не только начинающим радиолюбителям, осваивающим микроконтроллеры, но и профессионалам, интересующимся простым способом реализации беспроводного обмена данными Android-устройств с микроконтроллерными системами.

Общие сведения, состав аппаратной части и принципиальная схема.

Отличительной особенностью данного проекта является простота аппаратной и программой части системы, в состав которой входят Bluetooth-контроллер, портативное Android-устройство с установленным приложением (смартфон, планшет), выполняющее функции пульта ДУ, и источник питания 12 В/3 А (Рисунок 2). В статье мы рассмотрим в некотором роде демонстрационную версию системы, раскрывающей основные ключевые моменты аппаратной и программной реализации.

Bluetooth-контроллер представляет собой компактное устройство, состоящее из AVR микроконтроллера (МК) , миниатюрного Bluetooth-модуля HC-05 , силовых N-канальных MOSFET ключей, интегральных регуляторов напряжения, светодиодов статуса и нескольких пассивных элементов.

Программа микроконтроллера очень проста и разработана в интегрированной среде разработки AVR Studio 4 на языке Си.

Программное приложение для Android-устройства разработано в несложном и легким в освоении, но при этом достаточно функциональном графическом редакторе MIT App Inventor Beta.

Основные характеристики системы:

• аппаратная часть (Bluetooth-контроллер):
  • доступный, дешевый и простой в применении Bluetooth-модуль HC-05;
  • реализованные на МК 3 канала 8-разрядной ШИМ для управления светодиодами;
  • в качестве силовых ключей используются N-канальные MOSFET в корпусе для поверхностного монтажа;
  • автономная работа - не требуется постоянная связь по Bluetooth с Android-устройством;
  • дальность связи 10-15 м;
  • напряжение питания 12 В;
  • ток потребления Bluetooth-контроллера (без светодиодной ленты):
    • Bluetooth-модуль в режиме поиска: 55 … 60 мА;
    • при установленном соединении с Android-устройством и отсутствии команд: 22 … 27 мА;
    • прием и обработка команды: 38 … 42 мА;
  • два светодиода для индикации режима работы Bluetooth-контроллера;
  • возможность реализации 10-разрядного ШИМ управления;
  • возможность реализации управления различными световыми эффектами;
• простое приложение для Android-устройства:
  • понятный и достаточно информативный графический пользовательский интерфейс;
  • отображение МАС адреса подключенного Bluetooth-контроллера;
  • возможность ручной установки MAC-адреса;
  • сервисные сообщения об ошибках соединения с Bluetooth-контроллером;
  • кнопки быстрого выбора цвета свечения;
  • возможность ручной установки цветовой гаммы;
  • информирование о состоянии подключения;
  • возможность наращивания функционала (потребуется модернизация программы микроконтроллера).

Изначально для разработки и отладки системы автор использовал МК серии , установленный на отладочную плату собственной разработки. Принципиальная схема доступна для скачивания в дневнике автора на форуме сайта . Такой подход был обусловлен большим количеством свободных портов МК, достаточным объемом памяти и, самое главное, наличием в микроконтроллере отладочного интерфейса JTAG. При необходимости автор предоставит принципиальную схему и прошивку для этого МК.

Принципиальная схема Bluetooth-контроллера на микроконтроллере ATmega8 изображена на Рисунке 3, список примененных электронных компонентов приведен в Таблице 1. Схема и печатная плата разрабатывались в системе Proteus 7.7 SP2 . Минимальное количество компонентов позволяет собрать схему на макетной плате или навесным монтажом.

Bluetooth-модуль HC-05 подключается к МК ATmega8 посредством интерфейса UART (порты PD0/RXD и PD1/RXD). О текущем режиме работы Bluetooth-модуля (поиск, установление соединения, режим AT команд) пользователя информируют два светодиода D1 и D2.

Стоит отметить, что в продаже доступны несколько вариантов Bluetooth-модулей, отличающихся конструктивным исполнением (Рисунок 4) и прошивкой. Чаще всего встречаются модули установленные на переходную плату с собственным регулятором напряжения, светодиодами статуса и выводами для подключения к МК. В авторском варианте схемы и печатной платы используется Bluetooth-модуль без переходной платы, который подключается к основной плате Bluetooth-контроллера с помощью гибкого шлейфа (Рисунок 5). Другими словами, для такого решения потребуются установка микросхемы регулятора напряжения 3.3 В, светодиодов статуса и разъема для подключения к МК.

На принципиальной схеме участок с регулятором напряжения 3.3 В на микросхеме серии UTC1117Y33 (или аналогичной, например, ) отмечен надписью «Опционально» именно из-за этих конструктивных особенностей Bluetooth-модулей. Если вы используете модуль с переходной платой, то указанный участок исключается из схемы, изменяется разводка разъема подключения и, соответственно, немного видоизменяется печатная плата . Распайка гибкого шлейфа для подключения Buetooth-модуля к разъему на печатной плате изображена на Рисунке 6.

Несмотря на то, что Bluetooth-модуль имеет напряжения питания 3.3 В, его цифровые входы/выходы являются 5 В совместимыми и могут подключаться к МК с напряжением питания 5 В без схем преобразования логических уровней.

Микросхема стабилизатора 5 В серии используется для питания МК, а также в качестве предварительного понижающего регулятора напряжения для микросхемы стабилизатора 3.3 В (максимальное входное напряжение для этих микросхем не должно превышать 9 В). Однако возможно применение микросхемы серии , ввиду того, что потребляемый МК и Bluetooth-модулем ток не превышает 65 мА. (Максимальный выходной ток LM78L05 составляет 100 мА). В ходе тестирования был выявлен незначительный нагрев микросхемы регулятора, когда Bluetooth-модуль находится в режиме поиска.

После программной инициализации периферии МК выходами 8-разрядных аппаратных блоков ШИМ назначаются порты PB1 (OC1A), PB2 (OC1B), PB3 (ОС2), к которым подключаются силовые N-канальные MOSFET ключи с соответствующими резисторами в цепях затворов и между истоком и затвором. При работе с RGB светодиодной лентой длиной 5 м (светодиоды типоразмера 5050) нагрева силовых ключей не происходит. Также возможно применение любых мощных MOSFET в корпусе для поверхностного монтажа, например, транзисторов серии . В процессе тестирования схемы в трех каналах ШИМ автор использовал указанные силовые ключи (один APM3055L и два K3918, что бросается в глаза на Рисунке 9), и разницы в установке цветовой гаммы и яркости не заметил.

Тактирование МК осуществляется от внутреннего осциллятора 8 МГц, однако на схеме указан опциональный кварцевый резонатор 11.0592 МГц. Кварцевый резонатор позволит повысить надежность обмена данными по UART. Испытания системы при тактовой частоте МК 8 МГц и скорости работы UART 9600 бит/с показали, что обмен данными ведется достаточно надежно, и сбоев обнаружено не было.

На его основе был построен новый RGB контроллер, управлением которым осуществляется с компьютера по USB или, без проводов, по bluetooth.

Такое управление раскрывает большие возможности по применения такого контроллера: задание приятного светового оттенка с компьютера, цветомузыка, световые шоу, динамическая фоновая подсветка…

Устройство построено на основе UART и поэтому ему всё равно по чему именно будет передаваться сигнал: COM порт или используя виртуальный COM порт на компьютере, а на контролере UART – USB или bluetooth. Т.к. основная часть в обоих схемах будет одинаковая её рассмотрим отдельно, а кирпичики связи, по средствам которых контролер сопрягается с компьютером по отдельности.

Всё построено на основе микроконтроллера PIC16F628A. RGB каналы коммутируются ключами IRL2203N, которые управляются логическим уровнем. Напрямую к их выходам можно подключать светодиодные ленты, для подключения отдельного RGB светодиода или 3-х разноцветных диодов понадобятся тока ограничители каждому из каналов, об этом подробнее можно прочитать в соответствующей . Так же подключение полупроводниковых светоизлучателей к контроллеру было подробно описано . Светодиод LED1 информирует о приятом пакете. Стабилизатор VR1 7805 понижает напряжение до 5В, от которого питается МК. Далее рассмотрим средства связи этого контроллера с компьютером.

Основная часть содержит следующие детали: микроконтроллер PIC16F628A, кварц на 20МГц с двумя конденсаторами C1 и C2 0805 по 22пкФ. Резистор R1 4,7к 0805, резистор R2 на 470Ом 0805, любой светодиод типоразмера до 0805 с током до 15мА. Стабилизатор 7805 в корпусе SOT-87 и обвязкой в виде двух конденсаторов C3 и C4 по 0,1мкФ 0805 и C5 чип тантал на 10мкФ типоразмера A. Ключи IRL2203N (замена IRL3103, IRL3705N), можно другие со схожими параметрам. Резисторы R3, R4, R5 – 680 Ом, а R6, R7, R8 – 10 кОм. Три клеммника 340-021-12 или два 340-031-12.

USB RGB-контроллер

Всё построено на маленькой микросхеме CP2102 от SiLabs, что это и как с ней работать уже было рассмотрено в соответствующей статье — . Немного упростив оригинальную схему, убрав обратную связь и гальванически развязав контроллер с компьютером, был получен следующий переходник:

Плата с ним выглядит следующим образом:

В преобразователе USB-UART с гальванической развязкой применены следующие детали: конденсатор C1 0,1 мкФ 0805, C2 чип-тантал типоразмера A на 4,7мкФ. Резистор R1 на 470 Ом, ограничивает ток, протекающий через светодиод LED1. Резистор R2 на 0 Ом 1206 выполняет роль предохранителя. Резисторы R3 и R4 по 4,7 кОм в корпусах 0805 и 1206. Сама микросхема преобразователя в корпусе QFN28 CP2102. Оптопара KP814, можно применить COSMO KP1010, так же, в ущерб гальванической развязке, её можно заменить перемычкой с выхода Tx микросхемы cp2102 на RB2 микроконтроллера, при таком включение надобность в резисторах R3 и R4 отпадает. Разъём mini-USB. И две перемычки, одна из которых выполнена резистором на 0 Ом в корпусе 1206.

Внимание! USB разъём не должен замыкаться с + шиной, которая подходит под ним.

Bluetooth RGB-контроллер

Этот вариант контроллера построен на базе ранее рассмотренного . Как и предыдущая схема в этой отсутствует обратная связь с компьютером. Преимущество этого варианта в том, что его можно забросить почти куда угодно и подцепившись к нему с компьютера наслаждаться светопредставлением. Модуль должен быть запрограммирован как Slave со скоростью 9600.

Схема такого интерфейса ещё проще: беспроводной модуль, стабилизатор и два делительных резистора.

В беспроводном варианте принимающая сторона состоит из следующих деталей: синий зуб HC-05 с прошивкой Linvor v1.5. Стабилизатор на 3,3В 78L33 в корпусе SOT-87 с обвязкой в виде двух конденсаторов в корпусах 0805 на 0,1 и 1 мкФ. Резисторы R1 и R2 на 3,3-4,7 кОм 0805.

Перед началом работы второго варианта, возможно, придётся немного понастраивать «синий зуб», а именно подключить его к компьютеру через UART и произвести следующею настройку. Специально для этого на плате предусмотрена обратная связь с контролером, хоть и не используется в основной схеме. Удалить с платы микроконтроллер, подключить UART преобразователь ( или ) к 7 (Tx преобразователя), 8 (Rx), 5 (общий) и 13 (+ питания) выводам микроконтроллера. Подать питание. Произвести диалог, по средством AT команд. Китайские HC-05 с DealExtreme приходят с прошивкой Linvor V1.5 со следующими настройками: Slave 9600 9N1, пароль 1234.

После включения RGB контроллера, с ним нужно установить связь, после чего он будет готов к работе.

Протокол управления

Контроллер управляется по USB или Bluetooth, оба эти средства на компьютере используют виртуальные COM порты, а у микроконтроллера UART. Контроллер настроен следующим образом: скорость 9600, 8N1.

Контроллер принимает команды следующего вида – @xhcсссс , где @ - стартовый байт, x – байт, количество байт в посылке (до 10), h – байт, контрольная сумма (сложены все байты посылки), ссссc – данные.

Список команд контроллера:

• Rx – установить насыщенность красного, x – байт (принимает значения от 0 до 255)
• Gx – установить насыщенность зеленого
• Bx – установить насыщенность синего
• Mi – выбор режима работы, i – номер эффекта в ASCII коде (доступны 6 эффектов, см ниже)
• Dx – установка скорости проигрывания спецэффекта, x – байт (принимает значения от 0 до 255, по умолчанию 40)

Модуль умеет проигрывать следующие эффекты:

• 0 – эффект не выбран, просто горит заданным цветом
• 1 – плавное переливание одного из базовых цветов
• 2 – плавное переливание любых цветов
• 3 – разгорание и гашение любого цвета
• 4 – разноцветный стробоскоп
• 5 – смена цветов

Примеры команд:

@ 06hD8h RяGяBя – установит белый цвет, если выключены световые эффекты
@ 02h81h M4 – включает стробоскоп

Программа

Для работы с ним была написан специальная программа, которая может задавать цвет и яркость, включать световые эффекты, запрограммированные в контролере, и устроить цветомузыкальное представление, получая звуковой спектр с любого из выходов звуковой карты. Подробнее о ней читайте в соответствующей статье — , здесь же покажу видео работы контроллера.

Создайте освещение, которое будет меняться в зависимости от погодных условий, вашего настроения или по особым случаям! Три миллиона цветов к вашим услугам, воплощайте свои идеи! Контроллер MAGIC UFO RGBW – первый и единственный в своем роде беспроводной контроллер для четырехцветных светодиодных лент. Помимо традиционных RGB каналов он также поддерживает дополнительный белый канал, который позволяет добавлять пастельные тона в цветовую схему. . Окунитесь в атмосферу любви и тепла с освещением, имитирующим отблески камина. Почувствуйте волшебство вдохновляющего света утренней зари. Позовите в свой дом воспоминания о летней буре, испытайте уникальную магию цветов, имитирующих грозу.

Дайте волю своей фантазии и украсьте гостиную или ванную комнату. Вы сможете создать эффект освещения, соответствующий погоде, вашему настроению или особенному случаю. 3 миллиона цветов ждут, чтобы воплотить ваши идеи!
Контроллер RGBW UFO Bluetooth является единственным в своем роде, передовым беспроводным модулем для управления 4-цветными светодиодными лентами. Помимо традиционных каналов RGB, устройство также поддерживает дополнительный канал белого цвета. Это позволяет добавить пастельные тона к цветовой гамме.
Контроллер RGBW UFO Bluetooth управляет тремя или четырьмя цветами светодиодных лент. С их помощью вы получаете миллионы цветов освещения.
Четыре выхода позволяют подключить 4 отдельных ленты или одну четырехканальную ленту.
20 динамических режимов.
Большие возможность по программированию цветов, динамических режимов, времени включения и выключения.
Музыкальный режим создаёт светодинамические эффекты, при проигрывании музыки с устройства с которого идет управление контроллером, и заставляет RGBW-ленту работать в такт музыке.
Быстрая настройка беспроводного соединения с использованием Bluetooth Version 4.0.
После подключения к контроллеру его сигнал будет скрыт автоматически, чтобы предотвратить вторичные подключения.
Память всех сделанных программ и настроек, даже после отключения питания.
Возможность управления со смартфона, планшета.
Поддерживаемые операционные системы: ОС Android 4.3 и выше и IOS 6.0 и выше.

Технические характеристики:
Размер мм: 65x65x25
Входное напряжение:12В/24В
Максимальный выходной ток:
16A - сумма всех выходных каналов
4A - для одного канала
Максимальная нагрузка:
192W (при 12 В постоянного тока)
384W (при 24 В постоянного тока)
Тип управления: Bluetooth v 4.0
Макс. нагрузка на канал: 4A на канал (общий 16A)
Выходное подключение: Общий анод
Режим управления: ШИМ (PWM)
Максимальный ток в режиме ожидания: Радиус действия: до 8-10 метров
Программы: 20
Диапазон рабочих температур -25 +50°С
Степень защиты: IP20
Подключение: до 15 м ленты (SMD5050 60 led/m)
Способ подключения: винтовые терминалы и DC Jack.
Гарантия: 1 год

Самовывоз ул.Фестивальная 53А (бесплатно).
- возможна доставка по городу 500р. и до любого метро 300р.
- так же возможна доставка по всей России, по предоплате (почтой, ТК и тп.).

Недавно в нашем интернет-магазине появилась новинка: bluetooth RGB контроллер. Сегодня мы бы хотели презентовать этот товар и рассказать вам о тех возможностях, которые предоставляет это устройство.

Начнем издалека: почему именно блютуз контроллер? Самым очевидным преимуществом Bluetooth является то, что ему не требуется пульт. Вместо него вы сможете использовать приложение на смартфоне. В современном доме и без того много техники, управляемой пультами. Если добавить к ним еще один, а то и несколько, не запутаться будет просто невозможно.

Кроме того, пульты от RGB ленты компактны и их легко потерять. Если учитывать, что отдельно они не продаются, такая потеря приведет к необходимости покупать новый контроллер. В отличие от них, ваш смартфон почти всегда под рукой. В крайнем случае, если вы забудете куда его положили, вы сможете просто попросить кого-нибудь вам позвонить. В случае с обычным RGB пультом, так просто вы его не найдете.

Наконец, RGB пульт требует батареек для работы. Этот небольшой на первый взгляд минус может вырасти в проблему, если ваш контроллер "зашит" в потолок, на улице ночь, а батарейки от пульта внезапно сели.

Основные функции RGB блютуз контроллера:

​

Кроме этих очевидных и привычных для каждого контроллера функций, bluetooth контроллер обладает некоторыми особыми возможностями, недоступными обычным контроллерам. Например:

​

Слева направо по списку:

1. Работа по расписанию. Например, включение утром по будням на два часа, когда вы собираетесь на работу и вечером, в то время, когда вы приходите домой.

2. Улавливание звуков. Лента будет реагировать на звуки, хлопки, разговоры, пение. Улавливает не только громкость но и тональность звука.

3. Музыкальный режим. В этом режиме контроллер регулирует яркость и цвет ленты в такт музыке.

А также:

​

Раздельное управление несколькими контроллерами, или их группировка с помощью одного смартфона.

Как видите, есть ряд интересных функций, доступ к которым открывают нам Bluetooth контроллеры. Наша модель является пятиконтактной, т.е. может быть использована как с обычной лентой, так и с RGB+W моделью. Вы также можете установить RGB и просто белую ленту в два ряда и управлять всем с помощью этого контроллера. Это будет не менее удобно, зато гораздо дешевле, чем ставить RGB+W ленту. Если у вы хотите почитать технические характеристики или купить блютуз контроллер, вы можете сделать это