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单片机

基于stm32作品设计：多功能氛围灯、手机APP无线控制ws2812，MCU无线升级程序

2021年10月27-2022年1月1日 可承接单片机设计，有意可添加Q2809786963

作品哔哩哔哩视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Yb4y1a7AQ
资料链接：
蓝牙彩灯v1.01资料链接：
CSDN：
https://download.csdn.net/download/mbs520/25149435
百度网盘：
https://pan.baidu.com/s/14Vout7Q2P6JBDZCCd8Gm6w
提取码：b7it

蓝牙彩灯v1.03资料链接：
https://download.csdn.net/download/mbs520/25150035
取走记得点赞~
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在这里插入图片描述

一、作品背景

在智能的2021年代，年轻的小伙伴都患上了懒惰的症状，我也一样。
有一个难以入眠的夜晚，我打开了王者荣耀，我习惯了玩手机都要开着灯打，这样可以减少对眼睛的损伤，终于，赢了好几把，时间已经到了凌晨2点半，我也开始有了睡意，当我放下手机，准备闭眼入睡时，发现灯光格外耀眼，心烦意乱，实在不想按下那下床走好几步才能触碰到的开关，但是房间的设计就是这样，无法改变。无奈的我还是挣扎地下床按下了开关，这才安心入睡。
作为学电子专业的我并不妥协，我一定要设计一个不下床就可以关掉的灯。

二、功能设计与实现过程

（一）功能设计
1、可以用按键控制灯的亮灭、亮度以及切换颜色
2、可以用按键控制灯的6种以上显示样式
4、设计一个外壳，让它更加美观
5、设计一个手机APP，实现按键的所有功能以及能够调节灯的任意颜色
6、设计一个手机APP升级单片机程序功能，能够把单片机程序保存到某个版本的手机APP中，手机APP点击升级，就可以完成对单片机程序的升级。
（二）实现的过程
1、设计一个按键与单片机连接，编写多功能按键（单击、双击、长按）来控制灯的亮灭、亮度以及切换颜色以及6种以上显示样式

2、用CAD绘制一个与PCB大小合适的外壳，交给淘宝定制

3、用QT编写一个安卓APP，利用蓝牙模块与单片机进行通信，完成控制与升级的功能

三、实现基础功能

（一）、首先是要选材

１、LED选择：WS2812
既然是想做任意颜色的灯，那么毫无疑问选择最普遍的WS2812，24位全彩RGB彩灯，可以发出２＾２４＝16777215种颜色。
在这里插入图片描述

2、单片机选择：STM32G0
在当今MCU那么稀贵的情况下，当然是要为自己的腰包考虑，WS2812的驱动时钟大概需要800KHZ，速度要求很高，首先选择stm32，看了一下价格，选择了和蔼可亲的stm32g030c8t6，6元还包邮
在这里插入图片描述
3、通信模块选择：蓝牙模块JDY-31
要手机控制灯，首先想到用蓝牙模块，价格考虑，选择全网最便宜的蓝牙模块JDY-31，比起HC-05，它更加小巧，就是连接速度不是很快
在这里插入图片描述

有了这3个主要材料，我们就可以开始设计一下原理图

（二）、原理图设计

１、单片机需要3.3V供电，首先设计一个电源部分，先用usb进行供电5V给ws2812，再用降压芯片降压到3.3V供给MCU，
在这里插入图片描述

2、设计一个单片机最小系统，以及预留一个下载接口，方便使用ST-LINK进行下载程序
在这里插入图片描述
３、然后要连接一个蓝牙和一个按键作为控制，再预留一个LED作为指示灯
在这里插入图片描述
4、RGB灯的电路设计，这里两组LED，用两个IO口控制，防止LED过多导致信号失真
在这里插入图片描述
这样一张原理图就设计好啦

（二）、第一版本PCB设计

1、根据原理图给定相应的封装导入PCB，再进行布局与布线，设计好一块给淘宝客服能够打印出来的PCB图纸
2D:
在这里插入图片描述

3D:
在这里插入图片描述
然后交给淘宝，这里推荐嘉立创，便宜，质量也高。
这是打印出来的第一板PCB：
在这里插入图片描述

（三）、焊接PCB板

１、打印出PCB之后，当然是要把元器件焊接到PCB板上，第一块板焊接的时候先不用一次性全部焊接上去，先焊接电源部分，看看电源芯片是否能够正常工作，比如我画的这块板子USB母座封装与原理图不对应，导致正负极直接反向，就很容易导致元器件损坏，检测完电压正常之后，再焊接其他元器件

在这里插入图片描述

（四）编写单片机程序

单片机程序包含了很多知识
1、轻量级多任务系统
2、蓝牙数据自定义控制协议、蓝牙无线升级单片机
3、多种控制方式按键+蓝牙
4、多功能按键，单击、双击、长按
5、ws2812串联控制
6、呼吸灯算法
7、颜色渐变算法
…

/****************************************
* 函数名称: DIS_TASK()
* 输入参数: 无
* 输出参数: 无
* 功    能: 显示任务
*
*****************************************/

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(); //开始固定格式一定要的
    while (1)
    {
		if(SysState.Dis_flag == 1)//可以更新显示
		{
					/***********************静态*******************************/
					if(SysState.Dismode == DisMode_Static)//静态
					{
						SysState.Dis_flag = 0;
						RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//显示
						RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//显示
					}
					
					/***********************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);//显示
						RGB2_Refresh(color_rgb,LED_NUM);//显示
						SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
					}
					
					/***********************闪烁*******************************/
					else if(SysState.Dismode ==DisMode_Twinkle)//闪烁
					{
						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);
					}
					
					/***********************渐变*******************************/
					else if(SysState.Dismode ==DisMode_GraChange)//渐变
					{
						extern u8 GraChange_flag;
						SysState.Dedlay_Time=100;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;
						RgbAlg(&SysState.StaticRgb,&GraChange_flag);//渐变算法
						RGB_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//显示
						RGB2_Refresh(SysState.StaticRgb,LED_NUM);//显示
						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){		//设置颜色		
							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{		//灭
							RGB_Refresh(0,i+1);
							RGB2_Refresh(0,i+1);
							SysState.Dedlay_Time=50;//*SysState.Dedlay_Ratio/0x0f;
							SCHCurTaskDly(SysState.Dedlay_Time);
						}
						
					}
					
					/***********************用户*******************************/
					else if(SysState.Dismode ==DisMode_User1)  //用户
					{
						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();  //结束固定格式一定要的
}

（五）下载程序验证

下载程序后测试ws2812是否正常工作

四、外壳设计

（一）CAD图纸设计

感觉没有一个外壳会很难看，添加一个外壳，让世界变得美丽
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

这中间的洞尺寸有误：5乘7改7乘7

在这里插入图片描述

（二）磨砂亚克力板

淘宝搜磨砂亚克力板定制，发送CAD图纸给师傅，就可以给你做了
这是做好的亚克力板，是按照PCB板尺寸量身定做的
在这里插入图片描述

五、重新设计PCB

重新布局设计出来第3版本成品板：PCBV1.3
在这里插入图片描述
这是打样后焊接好的样子：
在这里插入图片描述

六、QT安卓APP设计

（一）界面设计

在这里插入图片描述

（二）QT程序设计

展示部分代码：


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;
}

//起始代码
void MainWindow::Start_Init()
{
    //设置背景图片
    this->setStyleSheet("QMainWindow{border-image: url(:/pic/btmenuv2.jpg);}");
    //获取屏幕大小
    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;
    }

}

//蓝牙初始化
void MainWindow::BuleTooth_Init(void)
{
    //蓝牙连接初始化代码
    timer_conflag = new QTimer;
    ptimer = new QTimer;
    //QBluetoothDeviceDiscoveryAgent 这个是指扫描周围蓝牙设备！
    discoveryAgent = new QBluetoothDeviceDiscoveryAgent();
    //QBluetoothLocalDevice 是指配置获取设备的蓝牙状态信息等！
    localDevice = new QBluetoothLocalDevice();
    //QBluetoothSocket指进行链接蓝牙设备，读写信息！
    socket = new QBluetoothSocket(QBluetoothServiceInfo::RfcommProtocol);

    //多窗口初始化
    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();//打开蓝牙
    discoveryAgent->start();//开始扫描
}




//颜色条初始化
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);
}
//按钮初始化
void MainWindow::PushButton_Init(void)
{
    //刷新定时器
    static QColor last_Color;
    time1= new QTimer(this);
    time1->start(1000);
    connect(time1,&QTimer::timeout,[=](){

       time1->start(100);
       if(Connect_Flag == 1)//连接指示
       {
           Connect_Flag = 0;
           btcwindow->hide();
           this->show();
           QMessageBox::information(this,tr("提示"),tr("蓝牙连接成功!"));

           QByteArray arrayData;    //发送空指令
           QString s = QString("NONE\r\n");
           qDebug() << s << endl;
           arrayData = s.toUtf8();
           socket->write(arrayData);
           s.clear();
           arrayData.clear();
       }
       if(last_Color != Color_sum)//发送指令
       {
           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;

    });
    //色块按钮
    // 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功能设计

1、主界面功能
按钮 功能说明
连接按钮 进入蓝牙连接界面/双击连接设备
关于按钮 进入软件介绍/升级MCU界面
红色滑动条 调节红色色彩
绿色滑动条 调节绿色色彩
蓝色滑动条 调节蓝色色彩
灰白滑动条 调节总体亮度
颜色预览球 预览当前显示颜色
颜色快捷显示 单击可以显示按钮颜色
显示模式 显示模式切换
底部信息显示 显示接收到的信息/欢迎信息
连接信息显示 显示当前连接状态

先点颜色预览球，会出现保存选择框，
再点击颜色选择按钮，即可保存当前调节好的颜色在这里插入图片描述

2、蓝牙连接界面
按钮 功能说明
设备连接选择 双击连接设备
返回按钮 返回主界面

1、连接成功自动返回主界面
2、自动连接功能：打开APP无需动作，自动找寻蓝牙彩灯设备自动连接，无需手动连接
在这里插入图片描述

3、关于界面
按钮 功能说明
作者信息显示 只读
返回按钮 返回主界面
显示版本 蓝牙彩灯应答信号 例如1.2版本闪红灯1次，绿灯两次
升级MCU 连接好蓝牙，点击升级，可以使单片机软件升到当前版本，软件版本一样切勿反复升级，可能升级失败
升级进度条 显示升级进度 单片机升级失败后需要进入升级模式重新升级，否则将无法正常使用。

在这里插入图片描述

4、升级代码提示
显示类型 显示内容
升级失败 蓝牙彩灯显示红色
升级成功 蓝牙彩灯显示绿色
升级过程 蓝牙彩灯显示淡蓝色进度

在这里插入图片描述

版权声明：本文为CSDN博主「化作尘」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/mbs520/article/details/120368384

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