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一种无线LED照明智能控制系统设计-电气论文一种无线LED照明智能控制系统设计陈万里,王丽霞,柴远波(黄河科技学院,河南郑州450063)摘要随着LED照明的普及,绿色照明与智能家居日益受到广泛关注结合短距离无线通信技术,提出并设计完成了基于TICC430系列和UCC28810的无线LED照明智能控制系统,实验证明该无线LED照明智能控制系统具有开关记忆、明暗调节、软启动和定时控制等优点关键词LED;智能照明控制系统;TICC430;UCC28810中图分类号TN8634文献标识码A文章编号1004373X
(2015)14005504收稿日期20141215基金项目河南省郑州市“无线与移动通信网络应用技术”科技创新团队(121PCXTD511)0引言智能化照明是随计算机、传感器、通讯、网络与自动控制技术而发展起来的综合技术,正以惊人的速度向各个专业领域渗透智能化是任何电子产品必然的发展方向之一LED绿色智能照明控制技术的发展可以使照明更加省电、节能、使用更便捷,在需要的时间给需要的地方以最舒适和高效的照明,提升照明环境质量智能化照明更是使照明进一步走向绿色和可持续发展的重要方向基于这种需求,本文主要结合短距离无线通信技术,提出并设计完成了基于TICC430系列和UCC28810的无线LED照明智能控制系统实验证明该无线LED照明智能控制系统具有开关记忆、明暗调节、软启动和定时控制等优点;具备集中控制、多点操作、软启动、亮度调节、定时控制、全开关记忆等功能1控制系统方案本文设计采用了TI的CC430
[1]无线通信平台,该平台融合了基于16b的超低功耗MSP430内核以及业界领先的不足1GHz的CC1101RF收发器之上完美地结合实现了独特的低功耗/高性能组合与前所未有的高集成度,带来更为先进的高选择性与高阻塞性能,确保即使在噪声环境下也能实现可靠通信能够充分利用其高达25MHz的峰值执行性能,且功耗仅为160μA/MHz针对基于CC430的设备,TI提供了种类丰富的MSP430MCU外设集,如12b的ADC、LCD驱动以及比较器等高性能数字与模拟外设此外,还具有AES128硬件安全模块确保通信的安全性
[12]无线LED照明系统的整体框图如图1所示其中控制端部分设计为采用双节AA电池供电的手持式遥控模块,其基于CC430F6137,带有段式LCD驱动,丰富的I/O口资源,以及能够构建触摸功能的比较器;而接收端则基于CC430F5137,其带有12b的ADC以及多通道的PWM模块
[3]通过在控制端CC430F6137的比较器B上构建触摸滑条与按键功能,对滑条的触摸位置进行检测并转换为PWM的占空比,通过双边的RF模块发送/接收相应的调制参数,再由接收端CC430F5137产生调节LED灯亮度的PWM信号,对驱动模块UCC28810进行调制
[4],如图2所示2控制系统硬件电路
2.1RF模块硬件电路设计CC430的射频模块使用的是业界领先的不足1GHz的CC1101RF收发器
[5],该部分是基于RF频率的直接合成,其射频合成器包括一个完整芯片的LCVCO和一个对接模式的混频器进行频率合成该射频的接收单元将RF信号通过低噪声放大器(LNA)进行前置放大,再对其中频信号进行滤波、数据解调以及同步包等工作CC430支持的频率范围为300~348MHz,389~464MHz,779~928MHz;在本设计中使用的是433MHz的载波频率,鉴于应用场合其要求的传输速率较低,因此选用的是
3.2Kb/s;并通过Patable对输出功率进行调整,满足不同的距离需求RF模块的硬件电路在整个系统设计中尤为重要,如图3所示图中的C5,C9,L3以及L8形成一个平衡转换器,用以将CC430上的差分端口RF_N/RF_P平衡电路转换成单端不平衡的RF信号,方便将振子流过电缆屏蔽层外的高频电流截断图中的L5,C10和L4构成了带通滤波器;L2,L6和C8构成低通滤波器
[6]在本设计中RF的天线采用的是鞭状天线或者陶瓷天线
2.2触摸硬件电路设计在本设计中,控制端部分为手持式遥控模块,其设计的人机交互界面主要是LCD显示以及触摸按键其中将触摸滑条的功能用于调节LED的亮度,是系统中较为形象与新颖的设计之一其充分利用了MSP430的自身资源特性,在CC430F6137集成的比较器COM_B以及PCBLayout的传感电容上,构建了基于弛张振荡方式(RO)的触摸按键功能,由于在COMP_B中自带有REF参考电压配置网络,因此无需像COMP_A那样使用外部硬件方式实现参考电压网络
[7]其原理为主要通过TimerA测量RC振荡电路在固定时间内的振荡次数,当人手触摸在传感电容上,会改变其自身电容值,使得对应的振荡次数发生明显变化,以此来判断触摸/非触摸的状态,构建一个45级触摸滑条与2个触摸按键
2.3传感电路设计光敏传感器的使用使得LED照明系统能够实现亮度自调节功能,硬件电路如图4所示光敏传感器使用的是光敏电阻,因其有着良好的光电特性以及价格优势,非常适合于光强检测场合的使用
[8]系统中主要通过对Vo电压的检测,反映光强的变化,进而对PWM进行相应的调制3控制系统软件设计
3.1RF模块实现在整个系统中,RF模块是通信传输的桥梁,双边都须进行协议相同的RF软件模块设计其发送模式和接收模式的数据包主要通过FIFO
[9]来进行处理,1帧的格式如图5所示其中帧数据中包括前导码、同步字、可选长度位、可选地址位、数据段和可选CRC字在发送时,TXFIFO中的数据段包括数据长度、主机地址、从机地址、控制模式、控制PWM参数、数据段CRC校验
[10]其中,主机地址标识了控制端的地址;从机地址包括2种地址广播地址与独立地址,主要是用于集中控制与多点操作控制模式提供了可选的模式选择,控制PWM参数用于LED亮度调节
[11]在接收时,RF的解调器和数据包处理器将寻找一个有效的前导和同步字当找到后,解调器将获得前导位和字同步,然后对接收的地址信息进行比照,首先判断数据包是否来自控制端,然后响应含有广播地址或者本机地址信息的数据,其发射/接收的流程图如图6所示在对射频寄存器的配置过程中,主要通过SmartRFstudio进行设置,输出RFRegSettng.c作为射频的配置文件
3.2触摸滑条的软件设计触摸滑条是由多个触摸按键组合而成,通过为每个触摸按键分配多个位置,可以实现简单的触摸滑条功能在设计通过4~5个按键构成一个触摸滑条,如在每个触摸按键上创建816个位置,则可提供3264个单独步阶检测其识别的步阶数是对电容变化量的反映,电容变化幅度越大,测量的Δ值越大通过设置一个系统能够达到最大响应的上限值,用该最大的Δ值除以每个按键所需的步阶数,再由每个按键经过加权计算后将产生1至3264步阶的线性结果,如图7所示
3.3收/发控制端软件设计控制端/接收端软件的流程图如图8所示其中虚线上方为控制端CC430F6137的软件设计,在StandBy模式时保持MSP430的低功耗模式,以满足控制端遥控器对能耗的要求通过对模式选择的操作实现集中控制和多点操作,而触摸滑条的处理通过将Position转换为PWM由RF发送至接收端CC430F5137
[12]接收端则处理来自控制端的数据包,对LED照明进行亮度调节,或自动调节本设计的软件采用C语言编写,整个程序包括的子模块有模式选择模块、触摸滑条检测模块、数据发送/接收模块、PWM转换模块、传感器检测模块等几个部分
[13]系统实际硬件如图9所示4结语本文研究并实现了以CC430为控制核心的无线LED照明系统的设计整个系统经过软/硬件设计与调试使得功能得到实现实测过程中能够有效地进行集中控制和多点单独控制,定时控制,自动调光等预设功能,满足当前市场对此类解决方案的功能要求参考文献
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866594.作者简介陈万里(1981—),男,河南开封人,讲师,硕士研究生主要研究方向为通信与电力电子技术。