RF4CE的LED照明调控系统设计提高电能利用率

本方案中所设计的智能照明系统可通过人机界面设置期望的光强、色温及特殊照明效果，当遥控器将控制需求发送到各LED调光器后，可由调光器自动完成LED工作状态的调控，以组成用户所需的照明环境，并达到节能降耗的效果。经实测，本LED照明调控系统能以较高的性价比实现LED照明系统的智能调控，同时提高电能利用效率。 　　1 系统总体结构 　　LED照明调控系统由遥控器和大功率LED调光器组成，双方通过内置RF4CE协议的CC2530模块实现无线连接，图1所示是LED调控系统的设备结构图。用户利用遥控器按键输入控制指令，指令以符合RF4CE协议的数据包形式发送到调光器，调光器根据指令要求，结合当前工作状态，产生R、G、B三组PWM输出，控制红、绿、蓝三种大功率LED照明灯的功率，形成所需的光强或色温效果。调光器中的EEPROM用于存储特殊照明效果对应的PWM序列(即配方表)。 　　2 硬件电路 　　图2所示为遥控器主控电路的硬件原理图。该遥控器以STC89C52为主控制器，外设包括8个操作按键和1个状态指示灯。STC89C52与CC2530模块采用串行连接。为节省电能，STC89C52和CC2530平时均处于休眠状态，8个按键中的任何一个被按下时，除了使P2口中对应口线表现为低电平，也通过对应二极管的导通产生外部中断，将单片机从休眠中唤醒，并立即发送按键对应的键值。CC2530则利用串口中断唤醒，及时将主控单片机发出的键值无线发送给LED调光器。 　　图3所示为CC2530模块的硬件原理图。图中的CC2530是TI公司推出的无线SoC芯片，片上集成有80C51微处理器、IEEE802.15.4RF收发器、大容量存储器和丰富的接口部件，通过加载ZigBee和RF4CE协议栈，可方便地实现基于两种协议的典型应用。CC2530仅需少量外围元件，其中，天线部分对无线通信性能的影响较大，故元件选择和PCB制版需严格遵守手册中的注意事项。 　　图4所示为调光器主控电路的硬件原理图。为产生独立的3路高频PWM,采用了单时钟周期的增强型51内核单片机STC12C5410AD,同样晶振条件下的工作速度比普通51单片机快8~12倍。STC12C5410AD与CC2530模块也采用串行连接。 　　3路PWM输出分别接到R、G、B3个LED驱动器的PWM调光输入端。AT24C64为8KB串行EEPROM存储器，通过SCL、SDA与单片机的虚拟I2C接口相连，用于存储场景配方表。 　　表1所列是场景配方表的存储结构。每张表包括起始和结尾标志，逻辑上以每种PWM组合所持续的时间(单位：s)为基本记录。 　　图5所示为LED驱动电路的硬件结构。图5中，LT3756为新型大功率LED驱动芯片，输入电压6~100V,通过一个外部N沟道MOSFET,可以使用标称值为12V的输入驱动20个1A的白光LED,效率超过94%,频率范围为100kHz~1MHz。 　　LT3756采用True Color PWM调光技术，调光范围可达3000:1。 　　3 软件流程 　　系统遥控器的主控程序流程如图6所示。无线遥控系统本质上只是将接收机本机输入装置以无线方式加以延伸，故其遥控器程序的主要任务是检测按键和发送键值。采用休眠-中断机制可实现单片机的低平均功耗。 　　RF4CE与红外遥控相比，一个很重要的优点是双向通信，遥控器发出键值后，可根据是否有正确的回应信息，控制状态指示灯的亮灭和闪烁，从而提醒用户进行正确的操作。 　　4 结语 　　本文了提出了一套LED智能照明系统的设计方案，本方案中所设计的智能照明系统将最新射频遥控技术RF4CE用于LED照明控制，从而克服了现有DALI、C-Bus等照明控制系统在开放性、可靠性、安全性、互操作性、设备及运行成本等方面存在的不足。经实测，本LED照明调控系统可实现所要求的各项功能，遥控距离不小于30m(开阔地)，遥控器平均电流小于10μA,能以较高的性价比实现LED照明系统的智能调控，同时提高电能利用效率。