一种无线LED照明智能控制系统设计 1.docx
- 文档编号:26608767
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:115.27KB
一种无线LED照明智能控制系统设计 1.docx
《一种无线LED照明智能控制系统设计 1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种无线LED照明智能控制系统设计 1.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
一种无线LED照明智能控制系统设计1
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:
TN86?
34文献标识码:
A文章编号:
1004?
373X(2015)14?
0055?
04
收稿日期:
2014?
12?
15
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AES?
128硬件安全模块确保通信的安全性[1?
2]。
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LC?
VCO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Posi?
tion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
[1]何璇.LED室内照明关键技术的研究[D].广州:
暨南大学,2013.
[2]朱彧.基于ZigBee的智能照明系统的设计与实现[D].成都:
电子科技大学,2013.
[3]李善民.基于ZigBee单片机的智能照明系统的设计与实现[D].广州:
华南理工大学,2013.
[4]闫展坤.智能照明控制系统研究[D].杭州:
浙江大学,2013.
[5]万昳.智能LED照明系统设计[D].西安:
西安电子科技大学,2012.
[6]宗明杰.学校智能照明控制系统研究与设计[D].焦作:
河南理工大学,2011.
[7]冯振华.基于LED光源的智能照明系统研究[D].长春:
东北师范大学,2012.
[8]俞建.基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统的研究[D].杭州:
浙江工业大学,2012.
[9]郭姗.智能LED照明控制系统的设计与应用[D].杭州:
浙江大学,2012.
[10]TexasInstruments.CC430familyuser’sguide[EB/OL].[2013?
04?
26].http:
//
[11]TexasInstruments.CC430F613x,CC430F612x,CC430F513xMSP430SoCwithRFcoredatasheet[EB/OL].
[2014?
04?
20].http:
//
[12]杨军平,吴欣慧,秦长海.LED智能照明控制系统的设计[J].电子产品世界,2009(6):
167?
168.
[13]BLASKOV.AnalysisofahybridPWMbasedonmodifiedspace?
vectorandtriangle?
comparisonmethods[J].IEEETransactionsonIA,1997,33(3):
756?
764.
[14]MicrochipTechnologyInc.Grid?
connectedsolarmicroinverterreferencedesignusingadsPIC?
digitalsignalcontroller[EB/OL].[2014?
07?
18].
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。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种无线LED照明智能控制系统设计 一种 无线 LED 照明 智能 控制系统 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)