基于MSP430的LED應(yīng)急照明控制器的設(shè)計(jì)

工廠、企業(yè)、礦山、操作車間等大跨度空間，采用LED應(yīng)急照明與正常照明共用的方式，能夠在市電中斷以后迅速切換到EPS備用電源，達(dá)到節(jié)能，延長(zhǎng)照明時(shí)間的目的，確保正常的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、比賽、演出、會(huì)議、辦公、直播等活動(dòng)順利進(jìn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

重要建筑內(nèi)消防應(yīng)急電源EPS配備比較齊全，功率大，常作為消防電梯、報(bào)警系統(tǒng)、煙霧排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，因此，可作為常規(guī)、應(yīng)急照明兩用LED節(jié)能照明系的電源，而汽油發(fā)電機(jī)組只作為長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)EPS系統(tǒng)電能消耗殆盡時(shí)的補(bǔ)充。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，結(jié)合實(shí)際情況，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)包括EPS電源組件、LED照明系統(tǒng)和控制室內(nèi)控制系統(tǒng)組成。EPS電源系統(tǒng)是系統(tǒng)的備用電源部分，主要功能是電能儲(chǔ)存和電源切換;LED照明系統(tǒng)主要由整流濾波電路、LED驅(qū)動(dòng)電路、LED燈組組成。LED恒流源電路是提供LED燈組恒定電流的驅(qū)動(dòng)部分，同時(shí)還包含了有線、無線接口部分，接收來自控制室內(nèi)的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)LED燈的亮度?？刂剖覂?nèi)的控制系統(tǒng)包括操作面板，處理器MCU部分，以及有線、無線接口，主要是人機(jī)交互和調(diào)光控制命令輸出。

2 控制器硬件設(shè)計(jì)

控制器主要安裝在控制室內(nèi)，通過有線、無線的方式檢測(cè)每盞LED燈的工作狀態(tài)，同時(shí)用按鍵操作來遠(yuǎn)程控制LED燈工作在低功耗、節(jié)能、應(yīng)急3種工作模式、特殊場(chǎng)合下有遠(yuǎn)程關(guān)斷操作。

以MSP430單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控發(fā)送和接收端裝置，如圖2所示。控制器發(fā)送端主要安裝在控制室內(nèi)，通過操作面板實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，而接收端連接恒流源，接收發(fā)送端的控制命令，發(fā)出不同占空比的PWM信號(hào)，控制恒流源調(diào)節(jié)LED燈組，驅(qū)動(dòng)LED工作在不同的狀態(tài)。

CC2500是一種單片2.4 GHz收發(fā)器，通過SPI接口與MCU建立聯(lián)系，MCU在開始要完成對(duì)CC2500寄存器的配置，其讀寫時(shí)序如圖3所示。首先設(shè)置IOCFG2，IOCFG0.TX發(fā)送字節(jié)個(gè)數(shù)，包長(zhǎng)度，發(fā)射功率等寄存器，完成對(duì)CC2500的初始化。

3 控制器軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是MSP430F2249內(nèi)部的初始化和射頻芯片CC2500寄存器的設(shè)置以及發(fā)射、接受數(shù)據(jù)的讀寫操作。調(diào)用SimpliciTI協(xié)議棧中的BSP，MRFI，NWK，NWK APPLI CATION，其中BSP是最基礎(chǔ)的板級(jí)硬件，MCU初始化CC2500函數(shù)以及LED、按鍵操作函數(shù);MRFI是屬于射頻接口層，提供射頻芯片的選擇，射頻芯片的配置參數(shù)，射頻芯片的驅(qū)動(dòng)以及通信接口，NWK和NWK_APPLICATION是網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，屬于SimpliciTI協(xié)議棧的內(nèi)容，包括網(wǎng)絡(luò)的建立，網(wǎng)絡(luò)地址的分配，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)消息隊(duì)列，數(shù)據(jù)消息處理，網(wǎng)絡(luò)通信安全加密等一系列復(fù)雜機(jī)制，通過簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)了基本的硬件操作。無線收發(fā)器發(fā)送端和接收端的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

在接收端，通過開啟內(nèi)部定時(shí)器Timer_B，根據(jù)接受到的不同數(shù)據(jù)，調(diào)整Timer_B的計(jì)時(shí)周期，通過普通I/O口置數(shù)、復(fù)位達(dá)到輸出不同占空比10%、50%、90%，使LED燈工作在低功耗、節(jié)能、應(yīng)急3種工作模式。

發(fā)送端MSP430單片機(jī)向CC2500傳輸數(shù)據(jù)的子程序代碼為：

其中msg為發(fā)送緩沖區(qū)，SMPL_Send為發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)，一旦發(fā)送成功，返回SMPL_SUCCESS。

接收端調(diào)用simpliciTI協(xié)議函數(shù)，接受CC2500緩存數(shù)據(jù)的代碼為：

其中msg為接收緩沖區(qū)，SMPL_Reeeive為接收數(shù)據(jù)函數(shù)，一旦接收成功，返回SMPL_SUCCESS。

4 恒流源驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

恒流源驅(qū)動(dòng)器由集成運(yùn)放7LM358和電源芯片8XL4016組成，如圖5所示。XL4016是一個(gè)180 kHz的固定頻率PWM降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，8 A電流負(fù)載，36VDC輸入，輸出電壓值由二極管D2確定為30 V，這就限制了LED燈的串聯(lián)個(gè)數(shù)。由于發(fā)光LED燈的壓降每個(gè)為3.3 V，這就使得輸出電壓最高為3.3x9=29.7 V，基于冗余性的考慮，系統(tǒng)采用8個(gè)LED串聯(lián)輸出，即3.3×8=26.4 V。

系統(tǒng)采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7611，用于輸出恒定的參考電壓。上電后，單片機(jī)調(diào)節(jié)其輸入對(duì)應(yīng)數(shù)值，使DAC761輸出值A(chǔ)OUT=1.25 V，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載為：

由于RCS精度不足，使得輸出電流與設(shè)定值3 A之間存在一定的偏差。通常情況下，調(diào)節(jié)RCS的大小，即可調(diào)節(jié)恒流源的電流。但是如果LED燈組某一個(gè)或者多個(gè)LED老化或者出現(xiàn)故障，就需要系統(tǒng)檢測(cè)到并自動(dòng)調(diào)節(jié)恒流源的電流，因此就需要單片機(jī)讀入反饋值，調(diào)節(jié)AOUT。1 W的LED壓降大約3.3 V，電流300 mA，因此有

同理可得A1～A7都為0.2 V，這就是調(diào)節(jié)AOUT的依據(jù)，一旦某個(gè)LED燈出現(xiàn)損壞，則整串LED都將停止工作，此時(shí)

Ao=IloadRCS=0.1 V (3)

此時(shí)，MCU讀取調(diào)節(jié)Ao反饋值，調(diào)節(jié)AOUT為1 V，使Iload=2.7 A，從而保證剩下的燈亮度保持恒定。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)能夠?yàn)檐囬g、候車廳、體育場(chǎng)館，會(huì)議廳等大跨度空間提供一套照明解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)、應(yīng)急照明的自動(dòng)切換，為確保重要的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、比賽、演出、會(huì)議、辦公、直播等活動(dòng)的正常進(jìn)行。系統(tǒng)具有靈活、節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。以MSP430為控制核心的無線控制器能夠?qū)崿F(xiàn)50 m跨度空間的無線調(diào)光，使其工作在常規(guī)、節(jié)能、應(yīng)急3種模式下。