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送到各LED調光器后，可由調光器自動完成LED工作狀態的調控，以組成用戶所需的照明環境，并達到節能降耗的效果。經實測，本LED照明調控系統能以較高的性價比實現LED照明系統的智能調控，同時提高電能利用效率。

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，雙方通過內置RF4CE協議的CC2530 模塊實現無線連接，圖1 所示是LED 調控系統的設備結構圖。用戶利用遙控器按鍵輸入控制指令，指令以符合RF4CE 協議的數據包形式發送到調光器，調光器根據指令要求，結合當前工作狀態，產生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 個操作按鍵和1 個狀態指示燈。STC89C52 與CC2530 模塊采用串行連接。為節省電能，STC89C52 和CC2530 平時均處于休眠狀態，8 個按鍵中的任何一個被按下時，除了使P2 口中對應口線表現為低電平，也通過對應二極管的導通產生外部中斷，將單片機從休眠中喚醒，并立即發送按鍵對應的鍵值。CC2530 則利用串口中斷喚醒，及時將主控單片機發出的鍵值無線發送給LED調光器。

圖3 所示為CC2530 模塊的硬件原理圖。圖中的CC2530是TI 公司推出的無線SoC 芯片，片上集成有80C51 微處理器、IEEE 802.15.4 RF 收發器、大容量存儲器和豐富的接口部件，通過加載ZigBee 和RF4CE 協議棧，可方便地實現基于兩種協議的典型應用。CC2530 僅需少量外圍元件，其中，天線部分對無線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。為產生獨立的3 路高頻PWM,采用了單時鐘周期的增強型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LED 驅動器的PWM調光輸入端。AT24C64 為8 KB 串行EEPROM 存儲器，通過SCL、SDA與單片機的虛擬I2C接口相連，用于存儲場景配方表。

表1 所列是場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 組合所持續的時間(單位：s)為基本記錄。

圖5 所示為LED驅動電路的硬件結構。圖5 中，LT3756為新型大功率LED 驅動芯片，輸入電壓6~100 V,通過一個外部N 溝道MOSFET,可以使用標稱值為12 V 的輸入驅動20 個1 A 的白光LED,效率超過94%,頻率范圍為100 kHz~1MHz。