RF4CE的LED照明調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高電能利用率

本方案中所設(shè)計(jì)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。經(jīng)實(shí)測(cè)，本LED照明調(diào)控系統(tǒng)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。

1 系統(tǒng)總體結(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)。

2 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、IEEE 802.15.4 RF 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。

3 路PWM 輸出分別接到R、G、B 3 個(gè)LED 驅(qū)動(dòng)器的PWM調(diào)光輸入端。AT24C64 為8 KB 串行EEPROM 存儲(chǔ)器，通過SCL、SDA與單片機(jī)的虛擬I2C接口相連，用于存儲(chǔ)場(chǎng)景配方表。

表1 所列是場(chǎng)景配方表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。每張表包括起始和結(jié)尾標(biāo)志，邏輯上以每種PWM 組合所持續(xù)的時(shí)間(單位：s)為基本記錄。

圖5 所示為L(zhǎng)ED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6~100 V,通過一個(gè)外部N 溝道MOSFET,可以使用標(biāo)稱值為12 V 的輸入驅(qū)動(dòng)20 個(gè)1 A 的白光LED,效率超過94%,頻率范圍為100 kHz~1MHz。