基于ZibBee控制的高動(dòng)態(tài)范圍LED模擬調(diào)光裝置設(shè)計(jì)

　　3 ZigBee 控制及監(jiān)測

　　3. 1 硬件設(shè)計(jì)

　　無線通信控制模塊使用的是Texas Instruments的CC2430-F128 芯片， 這款芯片專門針對IEEE802. 15. 4 和ZigBee 應(yīng)用。芯片內(nèi)部結(jié)合了一個(gè)CC2420 無線電內(nèi)核， 增強(qiáng)的8051MCU，128KB的系統(tǒng)可編程閃存，8KB 的SRAM，8 路8 ～ 14 位的ADC，4 個(gè)定時(shí)器，2 個(gè)串行通信接口模塊，AES 協(xié)同處理器，看門狗定時(shí)器，上電復(fù)位電路，掉電檢測電路和21 個(gè)通用IO 口，如圖6 所示。

圖6 CC2430 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

　　如圖3 所示，CC2430 芯片通過AC /DC 電源供電，并承擔(dān)著輸出電流控制和電路狀態(tài)監(jiān)測的功能。

　　供電時(shí)通過maxim 的max5033 開關(guān)芯片降為5V，再由TPS79533 降為穩(wěn)定的3. 3V 進(jìn)行供電。電流控制是通過SPI 接口和前述的AD5611 進(jìn)行通訊， 根據(jù)期望的輸出電流值來相應(yīng)調(diào)節(jié)D /A 的輸出電壓。需要注意的是，在輸出電流很低的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)輸入AD5611 的數(shù)字值和最后輸出的電流值不成線性比例的情況，這是由于此時(shí)D /A 輸出電壓過小，受到D /A 轉(zhuǎn)換誤差、線路壓降等影響較大，需在程序中進(jìn)行修正。

　　而監(jiān)控電路見圖7， 本文中， 芯片通過兩路ADC 分別對AC /DC 的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行監(jiān)控。電壓的監(jiān)控是通過R11 和R12 電阻進(jìn)行分壓，之后又P0. 7 腳進(jìn)行采樣。電流的監(jiān)控是通過MAX4080 芯片，這是一塊固定增益的高端電流探測芯片，可以直接在高壓端取電，假設(shè)增益為A，那么P0. 6 腳進(jìn)行ADC 轉(zhuǎn)換得到的電壓和監(jiān)控的電流之間的關(guān)系見下式:

　　通過內(nèi)部程序的轉(zhuǎn)換就可得到實(shí)際的電流。同時(shí)本文在AC /DC 電路和后端的恒流驅(qū)動(dòng)電路之間加入了一個(gè)繼電器U2，由CC2430 的P0. 5 腳進(jìn)行開關(guān)控制，可以在必要的時(shí)候切斷恒流部分的供電。

圖7 電壓、電流監(jiān)控的電路圖

　　3. 2 軟件設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的裝置主要分布在距離主控制器不同距離的幾個(gè)位置，每個(gè)位置各有不同數(shù)量的裝置，由于每個(gè)位置處的裝置都相距不遠(yuǎn)，裝置之間也沒有信息交互，因此就直接采用星狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖8，位于整個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中心的是ZigBee 無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)起著與主控制計(jì)算機(jī)通信和ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的功能。而本文所述的調(diào)光裝置則是作為ZigBee 終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收無線網(wǎng)關(guān)的調(diào)光和查詢指令，作出相應(yīng)的調(diào)光和狀態(tài)反饋。

　　調(diào)光裝置內(nèi)部的終端節(jié)點(diǎn)工作流程如下: 終端節(jié)點(diǎn)首先等待無線網(wǎng)關(guān)建立網(wǎng)絡(luò)，之后申請加入該個(gè)域網(wǎng)，等待協(xié)調(diào)器分配16 位的短地址，申請通過之后進(jìn)入綁定流程， 將終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器進(jìn)行綁定。由于每次網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)分配的短地址具有隨機(jī)性，因此在設(shè)備內(nèi)部另外固化了個(gè)體識別地址，用于表示所處的地域和序號。之后終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入等待狀態(tài)，并定時(shí)監(jiān)控自身的電壓電流參數(shù)，并將可能出現(xiàn)的異常上報(bào)。當(dāng)主控計(jì)算機(jī)想要對單個(gè)終端節(jié)點(diǎn)調(diào)光時(shí)，就會(huì)對特定的ZigBee 無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送命令數(shù)據(jù)包，包含有調(diào)光類型，ZigBee 個(gè)體識別地址和調(diào)光數(shù)值，之后特定的終端節(jié)點(diǎn)便能接收到無線網(wǎng)關(guān)通過協(xié)調(diào)器傳達(dá)的命令數(shù)據(jù)，通過SPI 接口向A /D 轉(zhuǎn)換器傳達(dá)，最終調(diào)節(jié)電流到特定的值。

圖8 調(diào)光系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　4 總結(jié)

　　針對某些應(yīng)用高速傳感器的需要調(diào)光的場合，本文對LED 線性驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，加入了可變降壓電路，提高了線性驅(qū)動(dòng)電路的效率，并實(shí)現(xiàn)了500∶ 1 的模擬調(diào)光。同時(shí)使用ZigBee 芯片實(shí)現(xiàn)調(diào)光，狀態(tài)監(jiān)測和無線控制，作為節(jié)點(diǎn)給遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了有力的支持。