基于ZibBee控制的高動態范圍LED模擬調光裝置設計

　　3 ZigBee 控制及監測

　　3. 1 硬件設計

　　無線通信控制模塊使用的是Texas Instruments的CC2430-F128 芯片， 這款芯片專門針對IEEE802. 15. 4 和ZigBee 應用。芯片內部結合了一個CC2420 無線電內核， 增強的8051MCU，128KB的系統可編程閃存，8KB 的SRAM，8 路8 ～ 14 位的ADC，4 個定時器，2 個串行通信接口模塊，AES 協同處理器，看門狗定時器，上電復位電路，掉電檢測電路和21 個通用IO 口，如圖6 所示。

圖6 CC2430 芯片的內部結構框圖

　　如圖3 所示，CC2430 芯片通過AC /DC 電源供電，并承擔著輸出電流控制和電路狀態監測的功能。

　　供電時通過maxim 的max5033 開關芯片降為5V，再由TPS79533 降為穩定的3. 3V 進行供電。電流控制是通過SPI 接口和前述的AD5611 進行通訊， 根據期望的輸出電流值來相應調節D /A 的輸出電壓。需要注意的是，在輸出電流很低的時候，會出現輸入AD5611 的數字值和最后輸出的電流值不成線性比例的情況，這是由于此時D /A 輸出電壓過小，受到D /A 轉換誤差、線路壓降等影響較大，需在程序中進行修正。

　　而監控電路見圖7， 本文中， 芯片通過兩路ADC 分別對AC /DC 的輸出電壓和輸出電流進行監控。電壓的監控是通過R11 和R12 電阻進行分壓，之后又P0. 7 腳進行采樣。電流的監控是通過MAX4080 芯片，這是一塊固定增益的高端電流探測芯片，可以直接在高壓端取電，假設增益為A，那么P0. 6 腳進行ADC 轉換得到的電壓和監控的電流之間的關系見下式:

　　通過內部程序的轉換就可得到實際的電流。同時本文在AC /DC 電路和后端的恒流驅動電路之間加入了一個繼電器U2，由CC2430 的P0. 5 腳進行開關控制，可以在必要的時候切斷恒流部分的供電。

圖7 電壓、電流監控的電路圖

　　3. 2 軟件設計

　　本文設計的裝置主要分布在距離主控制器不同距離的幾個位置，每個位置各有不同數量的裝置，由于每個位置處的裝置都相距不遠，裝置之間也沒有信息交互，因此就直接采用星狀的網絡拓撲。拓撲結構見圖8，位于整個ZigBee 網絡中心的是ZigBee 無線網關，無線網關起著與主控制計算機通信和ZigBee 網絡協調器的功能。而本文所述的調光裝置則是作為ZigBee 終端節點，終端節點負責接收無線網關的調光和查詢指令，作出相應的調光和狀態反饋。

　　調光裝置內部的終端節點工作流程如下: 終端節點首先等待無線網關建立網絡，之后申請加入該個域網，等待協調器分配16 位的短地址，申請通過之后進入綁定流程， 將終端節點和協調器進行綁定。由于每次網絡啟動分配的短地址具有隨機性，因此在設備內部另外固化了個體識別地址，用于表示所處的地域和序號。之后終端節點進入等待狀態，并定時監控自身的電壓電流參數，并將可能出現的異常上報。當主控計算機想要對單個終端節點調光時，就會對特定的ZigBee 無線網關發送命令數據包，包含有調光類型，ZigBee 個體識別地址和調光數值，之后特定的終端節點便能接收到無線網關通過協調器傳達的命令數據，通過SPI 接口向A /D 轉換器傳達，最終調節電流到特定的值。

圖8 調光系統拓撲結構

　　4 總結

　　針對某些應用高速傳感器的需要調光的場合，本文對LED 線性驅動電路進行了重新設計，加入了可變降壓電路，提高了線性驅動電路的效率，并實現了500∶ 1 的模擬調光。同時使用ZigBee 芯片實現調光，狀態監測和無線控制，作為節點給遠程監控提供了有力的支持。