基於stm32作品設計：懶人藍芽彩燈、手機APP無線控制ws2812，MCU無線升級程式
2021-09-27 10:01:30
文章目錄
作品嗶哩嗶哩視訊：【待上映】
資料連結：【待更新】
一、作品背景
在智慧的2021年代，年輕的小夥伴都患上了懶惰的症狀，我也一樣。
有一個難以入眠的夜晚，我開啟了王者榮耀，我習慣了玩手機都要開著燈打，這樣可以減少對眼睛的損傷，終於，贏了好幾把，時間已經到了凌晨2點半，我也開始有了睡意，當我放下手機，準備閉眼入睡時，發現燈光格外耀眼，心煩意亂，實在不想按下那下床走好幾步才能觸碰到的開關，但是房間的設計就是這樣，無法改變。無奈的我還是掙扎地下床按下了開關，這才安心入睡。
作為學電子專業的我並不妥協，我一定要設計一個不下床就可以關掉的燈。
二、功能要求
有了想法，就要大膽給自己一個功能要求，為了不下床關燈，衝！！！
藍芽彩燈的功能初步打算：
1、可以用手機控制燈的亮滅
2、可以用手機控制燈的亮度
3、可以用手機控制燈的任意顏色
三、實現基礎功能
有了功能要求，那能不能實現就要靠自己的技術了。
（一）、首先是要選材
１、LED選擇：WS2812
既然是想做任意顏色的燈，那麼毫無疑問選擇最普遍的WS2812，24位元全綵RGB彩燈，可以發出２＾２４＝16777215種顏色。
2、微控制器選擇：STM32G0
在當今MCU那麼稀貴的情況下，當然是要為自己的腰包考慮，WS2812的驅動時鐘大概需要800KHZ，速度要求很高，首先選擇stm32，看了一下價格，選擇了和藹可親的stm32g030c8t6，6元還包郵
3、通訊模組選擇：藍芽模組JDY-31
要手機控制燈，首先想到用藍芽模組，價格考慮，選擇全網最便宜的藍芽模組JDY-31，比起HC-05，它更加小巧，就是連線速度不是很快
有了這3個主要材料，我們就可以開始設計一下原理圖
（二）、原理圖設計
１、微控制器需要3.3V供電，首先設計一個電源部分，先用usb進行供電5V給ws2812，再用降壓晶片降壓到3.3V供給MCU，
2、設計一個微控制器最小系統，以及預留一個下載介面，方便使用ST-LINK進行下載程式
３、然後要連線一個藍芽和一個按鍵作為控制，再預留一個LED作為指示燈
4、RGB燈的電路設計，這裡兩組LED，用兩個IO口控制，防止LED過多導致訊號失真
這樣一張原理圖就設計好啦
（二）、第一版本PCB設計
1、根據原理圖給定相應的封裝匯入PCB，再進行佈局與佈線，設計好一塊給淘寶客服能夠列印出來的PCB圖紙
2D:
3D:
然後交給淘寶，這裡推薦嘉立創，便宜，品質也高。
這是列印出來的第一板PCB：
（三）、焊接PCB板
１、列印出PCB之後，當然是要把元器件焊接到PCB板上，第一塊板焊接的時候先不用一次性全部焊接上去，先焊接電源部分，看看電源晶片是否能夠正常工作，比如我畫的這塊板子USB母座封裝與原理圖不對應，導致正負極直接反向，就很容易導致元器件損壞，檢測完電壓正常之後，再焊接其他元器件
（四）編寫微控制器程式
微控制器程式包含了很多知識
1、輕量級多工系統
2、藍芽資料自定義控制協定、藍芽無線升級微控制器
3、多種控制方式按鍵+藍芽
4、多功能按鍵，單擊、雙擊、長按
5、ws2812串聯控制
6、呼吸燈演演算法
7、顏色漸變演演算法
…
/****************************************
* 函數名稱: DIS_TASK()
* 輸入引數: 無
* 輸出引數: 無
* 功 能: 顯示任務
*
*****************************************/
void DIS_TASK(void)
{
static u8 r=0,g=0,b=0,a=0,dir=0;
static int i,cnt=0;
static int color_rgb;
SCHTaskBegin(); //開始固定格式一定要的
while (1)
{
if(SysState.Dis_flag == 1)//可以更新顯示
{
/***********************靜態*******************************/
if(SysState.Dismode == DisMode_Static)//靜態
{
SysState.Dis_flag = 0;
RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//顯示
RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//顯示
}
/***********************呼吸*******************************/
else if(SysState.Dismode == DisMode_Breathe)//呼吸
{
SysState.Dedlay_Time=20;
if(dir==0)
{
a += (1+a*10/0xff);
if(a > 0xf0)dir = 1;
}else if(dir)
{
a -= (1+a*10/0xff);
if(a <= 4)dir = 0;
}
r = ((SysState.StaticRgb>>16)%0x100)*a/0xff;
g = ((SysState.StaticRgb>>8)%0x100)*a/0xff;
b = ((SysState.StaticRgb>>0)%0x100)*a/0xff;
color_rgb = (r<<16) + (g<<8) + b;
printf("%d %d %d %d\r\n",r,g,b,a);
RGB_Refresh(color_rgb,LED_NUM);//顯示
RGB2_Refresh(color_rgb,LED_NUM);//顯示
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
}
/***********************閃爍*******************************/
else if(SysState.Dismode ==DisMode_Twinkle)//閃爍
{
SysState.Dedlay_Time=200;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;;
RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);
RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
RGB_Refresh(0,LED_NUM);
RGB2_Refresh(0,LED_NUM);
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
}
/***********************漸變*******************************/
else if(SysState.Dismode ==DisMode_GraChange)//漸變
{
extern u8 GraChange_flag;
SysState.Dedlay_Time=100;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;
RgbAlg(&SysState.StaticRgb,&GraChange_flag);//漸變演演算法
RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//顯示
RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//顯示
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
}
/***********************蹦迪*******************************/
else if(SysState.Dismode == DisMode_DiscoDance)//蹦迪
{
SysState.Dedlay_Time=20;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;
RGB_Refresh(Static_DisColor[cnt],LED_NUM);
RGB2_Refresh(Static_DisColor[cnt],LED_NUM);
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
RGB_Refresh(0,LED_NUM);
RGB2_Refresh(0,LED_NUM);
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time*50);
}
/***********************流水*******************************/
else if(SysState.Dismode == DisMode_RunWater)//流水
{
static int i=0,flag=0;
SysState.Dedlay_Time=100;
i++;
if(i == LED_NUM)
{
i=0;flag=!flag;
}
if(flag){ //設定顏色
RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,i+1);
RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,i+1);
SysState.Dedlay_Time=50;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
}
else{ //滅
RGB_Refresh(0,i+1);
RGB2_Refresh(0,i+1);
SysState.Dedlay_Time=50;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
}
}
/***********************使用者*******************************/
else if(SysState.Dismode ==DisMode_User1) //使用者
{
SysState.Dedlay_Time=1000;
RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,1);
RGB2_Refresh(0,1);
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,1);
RGB_Refresh(0,1);
SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
}
}
SCHCurTaskDly(10);
}
SCHTaskEnd(); //結束固定格式一定要的
}
（五）下載程式驗證
下載程式後測試ws2812是否正常工作
四、外殼設計
（一）CAD圖紙設計
感覺沒有一個外殼會很難看，新增一個外殼，讓世界變得美麗
（二）磨砂亞克力板
淘寶搜磨砂亞克力板客製化，傳送CAD圖紙給師傅，就可以給你做了
這是做好的亞克力板，是按照PCB板尺寸量身定做的
五、重新設計PCB
重新佈局設計出來第3版本成品板：PCBV1.3
這是打樣後焊接好的樣子：
六、QT安卓APP設計
（一）介面設計
（二）QT程式設計
展示部分程式碼：
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
: QMainWindow(parent)
, ui(new Ui::MainWindow)
{
this->Start_Init();
this->File_Init();
this->BuleTooth_Init();
this->Label_Init();
this->PushButton_Init();
this->ColorSlider_Init();
this->setFocus();
}
MainWindow::~MainWindow()
{
bin_save(FileInfo);
delete ui;
}
//起始程式碼
void MainWindow::Start_Init()
{
//設定背景圖片
this->setStyleSheet("QMainWindow{border-image: url(:/pic/btmenuv2.jpg);}");
//獲取螢幕大小
QScreen *screen = QApplication::screens().at(0);
src_w = screen->size().width();
src_h = screen->size().height();
if(src_w <= 0 || src_h <= 0)
{
src_h = 2267;src_w = 1080;
this->setGeometry(0,0,src_w,src_h);//1080 2267
qDebug() << "src get err ======== "<< src_w <<src_h << endl;
}
else
{
this->setGeometry(0,0,src_w,src_h);//1080 2267
qDebug() << "src get ok ======== " << src_w <<src_h << endl;
}
}
//藍芽初始化
void MainWindow::BuleTooth_Init(void)
{
//藍芽連線初始化程式碼
timer_conflag = new QTimer;
ptimer = new QTimer;
//QBluetoothDeviceDiscoveryAgent 這個是指掃描周圍藍芽裝置！
discoveryAgent = new QBluetoothDeviceDiscoveryAgent();
//QBluetoothLocalDevice 是指設定獲取裝置的藍芽狀態資訊等！
localDevice = new QBluetoothLocalDevice();
//QBluetoothSocket指進行連結藍芽裝置，讀寫資訊！
socket = new QBluetoothSocket(QBluetoothServiceInfo::RfcommProtocol);
//多視窗初始化
btcwindow = new BTMainWindow(this);
btcwindow->hide();
aboutwindow = new AboutMainWindow(this);
aboutwindow->hide();
connect(socket,
SIGNAL(readyRead()),
this,
SLOT(readBluetoothDataEvent())
);
connect(socket,
SIGNAL(connected()),
this,
SLOT(bluetoothConnectedEvent())
);
connect(socket,
SIGNAL(disconnected()),
this,
SLOT(bluetoothDisconnectedEvent())
);
localDevice->powerOn();//開啟藍芽
discoveryAgent->start();//開始掃描
}
//顏色條初始化
void MainWindow::ColorSlider_Init(void)
{
QColor color;
color.setRgb(0x00,0x00,0x00);
colorslider_R = new ColorSlider(this);
colorslider_G = new ColorSlider(this);
colorslider_B = new ColorSlider(this);
colorslider_A = new ColorSlider(this);
colorslider_R->init(ColorSlider::RGB,ColorSlider::RED,color,0x00,0xFF);qDebug() << color << endl;
colorslider_G->init(ColorSlider::RGB,ColorSlider::GREEN,color,0x00,0xff);qDebug() << color << endl;
colorslider_B->init(ColorSlider::RGB,ColorSlider::BLUE,color,0x00,0xff);qDebug() << color << endl;
colorslider_A->init(ColorSlider::RGB,ColorSlider::ALPHA,color,0x00,0xff);qDebug() << color << endl;
colorslider_R->setGeometry(100,200,880,60);
colorslider_G->setGeometry(100,400,880,60);
colorslider_B->setGeometry(100,600,880,60);
colorslider_A->setGeometry(100,800,880,60);
}
//按鈕初始化
void MainWindow::PushButton_Init(void)
{
//重新整理定時器
static QColor last_Color;
time1= new QTimer(this);
time1->start(1000);
connect(time1,&QTimer::timeout,[=](){
time1->start(100);
if(Connect_Flag == 1)//連線指示
{
Connect_Flag = 0;
btcwindow->hide();
this->show();
QMessageBox::information(this,tr("提示"),tr("藍芽連線成功!"));
QByteArray arrayData; //傳送空指令
QString s = QString("NONE\r\n");
qDebug() << s << endl;
arrayData = s.toUtf8();
socket->write(arrayData);
s.clear();
arrayData.clear();
}
if(last_Color != Color_sum)//傳送指令
{
update();//更新
unsigned int color_d = ((Color_sum.alpha()/16)<<24)+(Color_sum.red()<<16) + (Color_sum.green()<<8)
+ (Color_sum.blue()<<0) ;
QByteArray arrayData;
QString s = QString("COLOR:%1\r\n").arg(color_d);
qDebug() << s << endl;
arrayData = s.toUtf8();
socket->write(arrayData);
s.clear();
arrayData.clear();
}
last_Color = Color_sum;
});
//色塊按鈕
// QPushButton *phbutton[10];
for(int i=0; i<10; i++)
{
int r,g,b;
r = FileInfo->color_tab[i]>>16;
g = (FileInfo->color_tab[i]>>8)%256;
b = FileInfo->color_tab[i]%256;
phbutton[i] = new QPushButton(this);
if(i<5)phbutton[i]->setGeometry(90+i*200*src_w/1080,1600*src_h/2267,100*src_w/1080,100*src_h/2267);
else if(i>=5)phbutton[i]->setGeometry(90+(i-5)*200*src_w/1080,1800*src_h/2267,100*src_w/1080,100*src_h/2267);
QString s = QString("background-color: rgb(%1, %2, %3);").arg(r).arg(g).arg(b);
phbutton[i]->setStyleSheet(s);
phbutton[i]->setWindowFlags(Qt::WindowStaysOnTopHint);
connect( phbutton[i],&myPushButton::clicked,[=](){
int r,g,b;
if(SaveColorFlag != 0)
{
r = Color_sum.red();
g = Color_sum.green();
b = Color_sum.blue();
SaveColorFlag = 0;
update();
FileInfo->color_tab[i] = (r<<16)+(g<<8)+b;
QString s = QString("background-color: rgb(%1, %2, %3);").arg(r).arg(g).arg(b);
phbutton[i]->setStyleSheet(s);
}
else
{
r = FileInfo->color_tab[i]>>16;
g = (FileInfo->color_tab[i]>>8)%256;
b = FileInfo->color_tab[i]%256;
Color_sum.setRgb(r,g,b,Color_sum.alpha());
ColorSlider_paint_Flag = 2;
}
});
}
（三）APP功能設計
1、主介面功能
| 按鈕 | 功能說明 |
| 連線按鈕 | 進入藍芽連線介面/雙擊連線裝置 |
| 關於按鈕 | 進入軟體介紹/升級MCU介面 |
| 紅色滑動條 | 調節紅色色彩 |
| 綠色滑動條 | 調節綠色色彩 |
| 藍色滑動條 | 調節藍色色彩 |
| 灰白滑動條 | 調節總體亮度 |
| 顏色預覽球 | 預覽當前顯示顏色 |
| 顏色快捷顯示 | 單擊可以顯示按鈕顏色 |
| 顯示模式 | 顯示模式切換 |
| 底部資訊顯示 | 顯示接收到的資訊/歡迎資訊 |
| 連線資訊顯示 | 顯示當前連線狀態 |
先點顏色預覽球，會出現儲存選擇框，
再點選顏色選擇按鈕，即可儲存當前調節好的顏色
2、藍芽連線介面
| 按鈕 | 功能說明 |
| 裝置連線選擇 | 雙擊連線裝置 |
| 返回按鈕 | 返回主介面 |
1、連線成功自動返回主介面
2、自動連線功能：開啟APP無需動作，自動找尋藍芽彩燈裝置自動連線，無需手動連線
3、關於介面
| 按鈕 | 功能說明 |
| 作者資訊顯示 | 唯讀 |
| 返回按鈕 | 返回主介面 |
| 顯示版本 | 藍芽彩燈應答訊號 例如1.2版本閃紅燈1次，綠燈兩次 |
| 升級MCU | 連線好藍芽，點選升級，可以使微控制器軟體升到當前版本，軟體版本一樣切勿反覆升級，可能升級失敗 |
| 升級進度條 | 顯示升級進度 微控制器升級失敗後需要進入升級模式重新升級，否則將無法正常使用。 |
4、升級程式碼提示
| 顯示型別 | 顯示內容 |
| 升級失敗 | 藍芽彩燈顯示紅色 |
| 升級成功 | 藍芽彩燈顯示綠色 |
| 升級過程 | 藍芽彩燈顯示淡藍色進度 |
