基于TI無線Soc智能照明系統(tǒng)方案

本方案中的智能照明系統(tǒng)可通過人機(jī)界面設(shè)置期望的光強(qiáng)、色溫及特殊照明效果，當(dāng)遙控器將控制需求發(fā)送到各LED調(diào)光器后，可由調(diào)光器自動(dòng)完成LED工作狀態(tài)的調(diào)控，以組成用戶所需的照明環(huán)境，并達(dá)到節(jié)能降耗的效果。采用TI的高度集成無線Soc，減少了外圍器件并降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。

關(guān)鍵詞：SOCTILED通信方式是LED智能控制系統(tǒng)中的重要組成部分，本方案采用的通信協(xié)議是RT4CE。RF4CE是2009年由ZigBee聯(lián)盟與RF4CE聯(lián)盟共同提出的面向家電領(lǐng)域的射頻遙控標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是最終取代目前廣泛使用的紅外遙控技術(shù)。RF4CE是基于IEEE802.15.4物理層與MAC層構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層協(xié)議，具有非視距傳輸、雙向通信、超低功耗、互操作性好、采用免費(fèi)ISM頻段等優(yōu)點(diǎn)，可作為家庭自動(dòng)化和娛樂應(yīng)用的重要無線通信平臺(tái)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

LED照明調(diào)控系統(tǒng)由遙控器和大功率LED調(diào)光器組成，雙方通過內(nèi)置RF4CE協(xié)議的CC2530模塊實(shí)現(xiàn)無線連接，圖1所示是LED調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。用戶利用遙控器按鍵輸入控制指令，指令以符合RF4CE協(xié)議的數(shù)據(jù)包形式發(fā)送到調(diào)光器，調(diào)光器根據(jù)指令要求，結(jié)合當(dāng)前工作狀態(tài)，產(chǎn)生R、G、B三組PWM輸出，控制紅、綠、藍(lán)三種大功率LED照明燈的功率，形成所需的光強(qiáng)或色溫效果。調(diào)光器中的EEPROM用于存儲(chǔ)特殊照明效果對(duì)應(yīng)的PWM序列(即配方表)。

圖1LED調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

硬件電路

圖2所示為遙控器主控電路的硬件原理圖。該遙控器以STC89C52為主控制器，外設(shè)包括8個(gè)操作按鍵和1個(gè)狀態(tài)指示燈。STC89C52與CC2530模塊采用串行連接。為節(jié)省電能，STC89C52和CC2530平時(shí)均處于休眠狀態(tài)，8個(gè)按鍵中的任何一個(gè)被按下時(shí)，除了使P2口中對(duì)應(yīng)口線表現(xiàn)為低電平，也通過對(duì)應(yīng)二極管的導(dǎo)通產(chǎn)生外部中斷，將單片機(jī)從休眠中喚醒，并立即發(fā)送按鍵對(duì)應(yīng)的鍵值。CC2530則利用串口中斷喚醒，及時(shí)將主控單片機(jī)發(fā)出的鍵值無線發(fā)送給LED調(diào)光器。

圖2遙控器主控電路

圖3所示為CC2530模塊的硬件原理圖。圖中的CC2530是TI公司推出的無線SoC芯片，片上集成有80C51微處理器、IEEE802.15.4RF收發(fā)器、大容量存儲(chǔ)器和豐富的接口部件，通過加載ZigBee和RF4CE協(xié)議棧，可方便地實(shí)現(xiàn)基于兩種協(xié)議的典型應(yīng)用。CC2530僅需少量外圍元件，其中，天線部分對(duì)無線通信性能的影響較大，故元件選擇和PCB制版需嚴(yán)格遵守手冊(cè)中的注意事項(xiàng)。

圖3射頻接口電路

圖4所示為調(diào)光器主控電路的硬件原理圖。為產(chǎn)生獨(dú)立的3路高頻PWM，采用了單時(shí)鐘周期的增強(qiáng)型51內(nèi)核單片機(jī)STC12C5410AD，同樣晶振條件下的工作速度比普通51單片機(jī)快8~12倍。STC12C5410AD與CC2530模塊也采用串行連接。

圖4調(diào)光器主控電路

圖5所示為LED驅(qū)動(dòng)電路的硬件結(jié)構(gòu)。圖5中，LT3756為新型大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片，輸入電壓6~100V，通過一個(gè)外部N溝道MOSFET，可以使用標(biāo)稱值為12V的輸入驅(qū)動(dòng)20個(gè)1A的白光LED，效率超過94%，頻率范圍為100kHz~1MHz。

圖5LED驅(qū)動(dòng)電路

LT3756采用TrueColorPWM調(diào)光技術(shù)，調(diào)光范圍可達(dá)3000:1。

軟件流程

系統(tǒng)遙控器的主控程序流程如圖6所示。無線遙控系統(tǒng)本質(zhì)上只是將接收機(jī)本機(jī)輸入裝置以無線方式加以延伸，故其遙控器程序的主要任務(wù)是檢測按鍵和發(fā)送鍵值。采用休眠-中斷機(jī)制可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的低平均功耗。

圖6遙控器主控程序流程圖

RF4CE與紅外遙控相比，一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)是雙向通信，遙控器發(fā)出鍵值后，可根據(jù)是否有正確的回應(yīng)信息，控制狀態(tài)指示燈的亮滅和閃爍，從而提醒用戶進(jìn)行正確的操作。

結(jié)語

本文了提出了一套LED智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，本方案中所設(shè)計(jì)的智能照明系統(tǒng)將最新射頻遙控技術(shù)RF4CE用于LED照明控制，從而克服了現(xiàn)有DALI、C-Bus等照明控制系統(tǒng)在開放性、可靠性、安全性、互操作性、設(shè)備及運(yùn)行成本等方面存在的不足。經(jīng)實(shí)測，本LED照明調(diào)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)所要求的各項(xiàng)功能，遙控距離不小于30m(開闊地)，遙控器平均電流小于10μA，能以較高的性價(jià)比實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的智能調(diào)控，同時(shí)提高電能利用效率。