RF4CE的LED照明調控系統設計提高電能利用率

本方案中所設計的智能照明系統可通過(guò)人機界面設置期望的光強、色溫及特殊照明效果，當遙控器將控制需求發(fā)送到各LED調光器后，可由調光器自動(dòng)完成LED工作狀態(tài)的調控，以組成用戶(hù)所需的照明環(huán)境，并達到節能降耗的效果。經(jīng)實(shí)測，本LED照明調控系統能以較高的性?xún)r(jià)比實(shí)現LED照明系統的智能調控，同時(shí)提高電能利用效率。

1 系統總體結構

LED 照明調控系統由遙控器和大功率LED 調光器組成，雙方通過(guò)內置RF4CE協(xié)議的CC2530 模塊實(shí)現無(wú)線(xiàn)連接，圖1 所示是LED 調控系統的設備結構圖。用戶(hù)利用遙控器按鍵輸入控制指令，指令以符合RF4CE 協(xié)議的數據包形式發(fā)送到調光器，調光器根據指令要求，結合當前工作狀態(tài)，產(chǎn)生R、G、B 三組PWM 輸出，控制紅、綠、藍三種大功率LED 照明燈的功率，形成所需的光強或色溫效果。調光器中的EEPROM用于存儲特殊照明效果對應的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 口中對應口線(xiàn)表現為低電平，也通過(guò)對應二極管的導通產(chǎn)生外部中斷，將單片機從休眠中喚醒，并立即發(fā)送按鍵對應的鍵值。CC2530 則利用串口中斷喚醒，及時(shí)將主控單片機發(fā)出的鍵值無(wú)線(xiàn)發(fā)送給LED調光器。

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(wú)線(xiàn)SoC 芯片，片上集成有80C51 微處理器、IEEE 802.15.4 RF 收發(fā)器、大容量存儲器和豐富的接口部件，通過(guò)加載ZigBee 和RF4CE 協(xié)議棧，可方便地實(shí)現基于兩種協(xié)議的典型應用。CC2530 僅需少量外圍元件，其中，天線(xiàn)部分對無(wú)線(xiàn)通信性能的影響較大，故元件選擇和PCB 制版需嚴格遵守手冊中的注意事項。

圖4 所示為調光器主控電路的硬件原理圖。為產(chǎn)生獨立的3 路高頻PWM,采用了單時(shí)鐘周期的增強型51 內核單片機STC12C5410AD,同樣晶振條件下的工作速度比普通51 單片機快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 驅動(dòng)器的PWM調光輸入端。AT24C64 為8 KB 串行EEPROM 存儲器，通過(guò)SCL、SDA與單片機的虛擬I2C接口相連，用于存儲場(chǎng)景配方表。

表1 所列是場(chǎng)景配方表的存儲結構。每張表包括起始和結尾標志，邏輯上以每種PWM 組合所持續的時(shí)間(單位：s)為基本記錄。

圖5 所示為L(cháng)ED驅動(dòng)電路的硬件結構。圖5 中，LT3756為新型大功率LED 驅動(dòng)芯片，輸入電壓6~100 V,通過(guò)一個(gè)外部N 溝道MOSFET,可以使用標稱(chēng)值為12 V 的輸入驅動(dòng)20 個(gè)1 A 的白光LED,效率超過(guò)94%,頻率范圍為100 kHz~1MHz。