【摘 要】本课题的设计是一款基于Arduino单片机的蓝牙调光音乐灯，它由Arduino单片机、BLE蓝牙模块、RGB LED灯、手机APP和蓝牙音乐播放模块五部分组成。采用了Arduino Nano作为主控制器，它不仅开源，易上手，而且在设计中使用的是模块化的思想，原理简单、硬件稳定性高，成本不大。手机APP是采用麻省理工学院推出的App Inventor 2软件编写，属于可视化、积木式的编程，不需要撰写代码，比JAVA简单易学，即使没有编程基础也可以学会。在手机APP中不仅设计了选择蓝牙和连接蓝牙的按钮，也设计了LED灯的不同模式按钮以及音乐播放器的功能按钮等。当手机App连接上Arduino单片机端的蓝牙后，可以实现用手机App控制Arduino端的LED灯模块的开启、关闭、延时关灯和多种色彩方案的选择等功能，并能够通过蓝牙将手机端的音乐在Arduino端连接的音乐播放模块上播放。
目录
一、蓝牙调光音乐灯的研究背景及意义 1
（一）蓝牙调光音乐灯研究背景 1
（一）蓝牙调光音乐灯研究意义 1
二、系统总体设计方案 3
（一）系统总体框图 3
（二）三基色原理 3
（三）RGB LED混色原理 3
三、系统硬件设计 5
（一）主控系统的设计 5
1、Arduino单片机常见版本比较 5
2、Arduino单片机的选择 6
3、ATmega328芯片介绍 6
（二）RGB LED灯模块设计 8
（三）BLE蓝牙模块设计 9
（五）蓝牙音乐模块设计 10
四、软件系统设计 12
（一）Arduino程序设计 12
1、Arduino单片机编程介绍 12
2、Arduino总体程序设计思想 12
（二）安卓手机端程序设计 15
1、APP Inventor2编程软件简介 15
3、APP Inventor逻辑设计 20
五、实物制作及功能演示 22
（一）实物制作 22
（二）实物调试 22
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1、手机App的下载和安装过程 22
2、Arduino程序的编译和上传 23
3、AI2与Arduino联调 24
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录一 原理图 （外接部分） 34
附录二 原理图 （Arduino单片机模块） 36
附录三 手机端程序 37
附录四 Arduino程序 38
附录五 RGB颜色对照表 43
附录六 软件著作授权证书 44
一、蓝牙调光音乐灯的研究背景及意义
（一）蓝牙调光音乐灯研究背景
2012年10月30日飞利浦推出Hue系列LED灯，通过一个灯泡内红蓝绿三原色的LED可以混合出1600万种颜色的灯光，整个过程由iPhone上的App来进行控制。Hue灯泡组价格约为1500元一套，包含三个Hue灯泡、Hue分配器电源、连接线。Hue分配器相当于处理器，主要负责联动WiFi，接受来自智能手机或者平板的信号，对灯泡进行操作。Hue App可从App Store下载安装。
2014年7月的美国国际照明展上，三星推出了可以通过蓝牙操控的LED智能灯泡。该智能灯泡无需无线接入点或是iFiW网络，用户直接用手机就可以连接灯泡，并支持一次控制64个灯泡。三星LED灯泡价格约220元/个，应用App可以从安卓市场下载，安装于智能手机或平板电脑上，无需借助于其他设备。2016年11月24日，三星又推出了智能蓝牙LED音响灯，除了能够显示多种颜色之外还具备音响功能，同时还支持通过MicroUSB和专属的无线充电板充电。售价约620元人民币。
目前市面上的智能灯一般都是使用蓝牙方案或者WiFi方案。采用蓝牙方案设计简单，但是节点少，距离短，难形成网络；WiFi方案设计复杂，虽然可以实现多个控制，但是不能直连手机，必须要在WiFi环境下使用。而手机自带蓝牙这一属性势必能够让蓝牙后来居上，成为未来智能照明的主流控制协议。
无论是使用蓝牙方案还是WiFi方案，智能灯都离不开手机App。手机App的开发可分为IOS开发和Android开发，开发环境/开发语言/系统机制/应用模式都有很大的不同。IOS开发使用的开发语言是ObjectiveC，如果需要使用xcode的话需要准备一台昂贵的mac电脑。没有mac的话，PC配置也需要相对好一些，至少要能用VMware虚拟机装苹果系统。而Android开发则一定要会用java，因为Android的开发至少目前是在一个纯java的开发环境中进行的，Android的学习基本上是学习如何运用它的控件以及各个组件，但是要实现这些控件和组件必须要用到java。无论是使用IOS还是Android开发app，对于一个没有非软件专业的编程基础的学生来说，都是非常困难。
（一）蓝牙调光音乐灯研究意义
智能家居的概念提出了很多年，当扎克伯格在视频里展示他的人工智能的时候，很多人都有要给自己部署一套智能家居的冲动，然而实际上，当你真的去找一些智能家居产品想体验一下的时候才发现，似乎只有智能灯泡可以不费什么力气就能直接使用的。智能灯泡是一款门槛低的智能家居设备，人们可以通过手机蓝牙控制灯光模式甚至加入音乐的气氛，这种体验听上去就很有趣。
随着Arduino的推出，和它相配套的传感器模块也随之大量出现，并且智能化设备也不断发展，人们非常容易搭建一个基于Arduino、具有个性的智能家居系统。而近几年低功耗蓝牙技术的迅速发展，使蓝牙成为未来智能照明的主流。而手机自带蓝牙这一特质，也使手机成为智能灯的首选设备。
本作品紧扣专业当前热点，提出了一种成本低、开发周期短、效果好的蓝牙智能调光音乐灯的实现方案。它由Arduino单片机、BLE低功耗蓝牙模块、RGB LED灯模块、蓝牙音乐播放模块和手机APP五部分组成。主控器选用Arduino nano，它开源，易上手。单片机端采用低功耗蓝牙BLE模块LED模块采用红绿蓝三色LED灯珠，每种颜色都有256级亮度可调，通过颜色混色，可实现256x256x256种(约1600多万)颜色组合。手机App是采用美国麻省理工学院推出的App Inventor 2（以下简称AI2）软件编写的。
在手机App界面中设计了选择蓝牙、连接蓝牙的按钮，灯的多种颜色选择等功能按钮以及音乐播放器的功能按钮等。当App连接上Arduino单片机端的蓝牙后，可以实现用手机App控制Arduino端的RGBLED灯的开启、关闭、延时关灯和多种色彩方案的选择等功能，并能够通过蓝牙将手机端的音乐在Arduino端连接的音乐播放模块上播放。

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