引言

以LED為代表的新一代綠色環(huán)保光源近年來逐步得到普及應用，人們對LED照明高效控制和功能多樣化、個性化的要求也不斷提高。如何能夠根據用戶需求營造特定場景對應的光環(huán)境，提高照明效率，減少能源浪費，是LED智能控制系統(tǒng)研究的重要內容。

通信方式是LED智能控制系統(tǒng)的重要組成部分。目前已有利用DALI、C-Bus、DMX512、以太網等有線網絡技術以及ZigBee、GPRS等無線網絡技術實現的傳統(tǒng)光源或LED照明控制系統(tǒng)，然而，基于上述通信方式的LED控制系統(tǒng)在控制協議的開放性、數據傳輸可靠性、安全性、設備硬件成本、運營成本等方面均存在一定程度的不足。

RF4CE是2009年由ZigBee聯盟與RF4CE聯盟共同提出的面向家電領域的射頻遙控標準，其目標是最終取代目前廣泛使用的紅外遙控技術。RF4CE是基于IEEE802.15.4物理層與MAC層構建的網絡層和應用層協議，具有非視距傳輸、雙向通信、超低功耗、互操作性好、采用免費ISM頻段等優(yōu)點，可作為家庭自動化和娛樂應用的重要無線通信平臺。

針對現有LED照明控制系統(tǒng)存在的不足，本項目依據RF4CE射頻遙控標準，設計了一套交互性好、可靠性高、經濟實用的LED智能照明系統(tǒng)，可通過對家居及公共場所LED照明系統(tǒng)的網絡化調控，實現用戶期望的各種照明環(huán)境，并達到節(jié)能降耗的效果。

1系統(tǒng)總體結構

LED照明調控系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)送到調光器，調光器根據指令要求，結合當前工作狀態(tài)，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(tài)指示燈。STC89C52與CC2530模塊采用串行連接。為節(jié)省電能，STC89C52和CC2530平時均處于休眠狀態(tài)，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(fā)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(fā)出的鍵值無線發(fā)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、IEEE802.15.4RF收發(fā)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、B3個LED驅動器的PWM調光輸入端。AT24C64為8KB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(xù)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6~100V，通過一個外部N溝道MOSFET，可以使用標稱值為12V的輸入驅動20個1A的白光LED，效率超過94%，頻率范圍為100kHz~1MHz。LT3756采用TrueColorPWM調光技術，調光范圍可達3000:1。

3軟件流程

系統(tǒng)遙控器的主控程序流程如圖6所示。無線遙控系統(tǒng)本質上只是將接收機本機輸入裝置以無線方式加以延伸，故其遙控器程序的主要任務是檢測按鍵和發(fā)送鍵值。采用休眠-中斷機制可實現單片機的低平均功耗。

RF4CE與紅外遙控相比，一個很重要的優(yōu)點是雙向通信,遙控器發(fā)出鍵值后，可根據是否有正確的回應信息，控制狀態(tài)指示燈的亮滅和閃爍，從而提醒用戶進行正確的操作。

4結語

經實測，本LED照明調控系統(tǒng)可實現所要求的各項功能，遙控距離不小于30m(開闊地),遙控器平均電流小于10uA。本系統(tǒng)將最新射頻遙控技術RF4CE用于LED照明控制，從而克服了現有DALI、C-Bus等照明控制系統(tǒng)在開放性、可靠性、安全性、互操作性、設備及運行成本等方面存在的不足,能以較高的性價比實現LED照明系統(tǒng)的智能調控，同時提高電能利用效率。

20211027_61793c7f151aa__基于RF4CE的LED照明調控系統(tǒng)