基于MSP430的LED應急照明控制器的設計

工廠(chǎng)、企業(yè)、礦山、操作車(chē)間等大跨度空間，采用LED應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，達到節能，延長(cháng)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 系統設計

重要建筑內消防應急電源EPS配備比較齊全，功率大，常作為消防電梯、報警系統、煙霧排風(fēng)機系統的供電系統，因此，可作為常規、應急照明兩用LED節能照明系的電源，而汽油發(fā)電機組只作為長(cháng)時(shí)間停電時(shí)EPS系統電能消耗殆盡時(shí)的補充。根據系統設計的需求，結合實(shí)際情況，系統框圖如圖1所示。

系統包括EPS電源組件、LED照明系統和控制室內控制系統組成。EPS電源系統是系統的備用電源部分，主要功能是電能儲存和電源切換;LED照明系統主要由整流濾波電路、LED驅動(dòng)電路、LED燈組組成。LED恒流源電路是提供LED燈組恒定電流的驅動(dòng)部分，同時(shí)還包含了有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)接口部分，接收來(lái)自控制室內的控制信號，調節LED燈的亮度?？刂剖覂鹊目刂葡到y包括操作面板，處理器MCU部分，以及有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)接口，主要是人機交互和調光控制命令輸出。

2 控制器硬件設計

控制器主要安裝在控制室內，通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)的方式檢測每盞LED燈的工作狀態(tài)，同時(shí)用按鍵操作來(lái)遠程控制LED燈工作在低功耗、節能、應急3種工作模式、特殊場(chǎng)合下有遠程關(guān)斷操作。

以MSP430單片機為控制核心設計了系統控發(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，通過(guò)操作面板實(shí)現人機交互，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，控制恒流源調節LED燈組，驅動(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(guò)SPI接口與MCU建立聯(lián)系，MCU在開(kāi)始要完成對CC2500寄存器的配置，其讀寫(xiě)時(shí)序如圖3所示。首先設置IOCFG2，IOCFG0.TX發(fā)送字節個(gè)數，包長(cháng)度，發(fā)射功率等寄存器，完成對CC2500的初始化。

3 控制器軟件設計

系統軟件的設計主要是MSP430F2249內部的初始化和射頻芯片CC2500寄存器的設置以及發(fā)射、接受數據的讀寫(xiě)操作。調用SimpliciTI協(xié)議棧中的BSP，MRFI，NWK，NWK APPLI CATION，其中BSP是最基礎的板級硬件，MCU初始化CC2500函數以及LED、按鍵操作函數;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，射頻芯片的驅動(dòng)以及通信接口，NWK和NWK_APPLICATION是網(wǎng)絡(luò )層和網(wǎng)絡(luò )應用層，屬于SimpliciTI協(xié)議棧的內容，包括網(wǎng)絡(luò )的建立，網(wǎng)絡(luò )地址的分配，網(wǎng)絡(luò )數據幀結構、數據消息隊列，數據消息處理，網(wǎng)絡(luò )通信安全加密等一系列復雜機制，通過(guò)簡(jiǎn)單的函數調用實(shí)現了基本的硬件操作。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器發(fā)送端和接收端的軟件設計流程圖如圖4所示。

在接收端，通過(guò)開(kāi)啟內部定時(shí)器Timer_B，根據接受到的不同數據，調整Timer_B的計時(shí)周期，通過(guò)普通I/O口置數、復位達到輸出不同占空比10%、50%、90%，使LED燈工作在低功耗、節能、應急3種工作模式。

發(fā)送端MSP430單片機向CC2500傳輸數據的子程序代碼為：

其中msg為發(fā)送緩沖區，SMPL_Send為發(fā)送數據函數，一旦發(fā)送成功，返回SMPL_SUCCESS。

接收端調用simpliciTI協(xié)議函數，接受CC2500緩存數據的代碼為：

其中msg為接收緩沖區，SMPL_Reeeive為接收數據函數，一旦接收成功，返回SMPL_SUCCESS。

4 恒流源驅動(dòng)器設計

恒流源驅動(dòng)器由集成運放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轉換器，8 A電流負載，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。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，系統采用8個(gè)LED串聯(lián)輸出，即3.3×8=26.4 V。

系統采用數模轉換器DAC7611，用于輸出恒定的參考電壓。上電后，單片機調節其輸入對應數值，使DAC761輸出值AOUT=1.25 V，驅動(dòng)器的負載為：

由于RCS精度不足，使得輸出電流與設定值3 A之間存在一定的偏差。通常情況下，調節RCS的大小，即可調節恒流源的電流。但是如果LED燈組某一個(gè)或者多個(gè)LED老化或者出現故障，就需要系統檢測到并自動(dòng)調節恒流源的電流，因此就需要單片機讀入反饋值，調節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，這就是調節AOUT的依據，一旦某個(gè)LED燈出現損壞，則整串LED都將停止工作，此時(shí)

Ao=IloadRCS=0.1 V (3)

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

5 結論

該系統能夠為車(chē)間、候車(chē)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，能夠實(shí)現常規、應急照明的自動(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。系統具有靈活、節能、使用壽命長(cháng)的特點(diǎn)。以MSP430為控制核心的無(wú)線(xiàn)控制器能夠實(shí)現50 m跨度空間的無(wú)線(xiàn)調光，使其工作在常規、節能、應急3種模式下。