RF4CE的LED照明调控系统设计提高电能利用率

本方案中所设计的智能照明系统可通过人机界面设置期望的光强、色温及特殊照明效果，当遥控器将控制需求发送到各LED调光器后，可由调光器自动完成LED工作状态的调控，以组成用户所需的照明环境，并达到节能降耗的效果。经实测，本LED照明调控系统能以较高的性价比实现LED照明系统的智能调控，同时提高电能利用效率。

1 系统总体结构

LED 照明调控系统由遥控器和大功率LED 调光器组成，双方通过内置RF4CE协议的CC2530 模块实现无线连接，图1 所示是LED 调控系统的设备结构图。用户利用遥控器按键输入控制指令，指令以符合RF4CE 协议的数据包形式发送到调光器，调光器根据指令要求，结合当前工作状态，产生R、G、B 三组PWM 输出，控制红、绿、蓝三种大功率LED 照明灯的功率，形成所需的光强或色温效果。调光器中的EEPROM用于存储特殊照明效果对应的PWM 序列(即配方表)。

2 硬件电路

图2 所示为遥控器主控电路的硬件原理图。该遥控器以STC89C52 为主控制器，外设包括8 个操作按键和1 个状态指示灯。STC89C52 与CC2530 模块采用串行连接。为节省电能，STC89C52 和CC2530 平时均处于休眠状态，8 个按键中的任何一个被按下时，除了使P2 口中对应口线表现为低电平，也通过对应二极管的导通产生外部中断，将单片机从休眠中唤醒，并立即发送按键对应的键值。CC2530 则利用串口中断唤醒，及时将主控单片机发出的键值无线发送给LED调光器。

图3 所示为CC2530 模块的硬件原理图。图中的CC2530是TI 公司推出的无线SoC 芯片，片上集成有80C51 微处理器、IEEE 802.15.4 RF 收发器、大容量存储器和丰富的接口部件，通过加载ZigBee 和RF4CE 协议栈，可方便地实现基于两种协议的典型应用。CC2530 仅需少量外围元件，其中，天线部分对无线通信性能的影响较大，故元件选择和PCB 制版需严格遵守手册中的注意事项。

图4 所示为调光器主控电路的硬件原理图。为产生独立的3 路高频PWM,采用了单时钟周期的增强型51 内核单片机STC12C5410AD,同样晶振条件下的工作速度比普通51 单片机快8~12倍。STC12C5410AD与CC2530 模块也采用串行连接。

3 路PWM 输出分别接到R、G、B 3 个LED 驱动器的PWM调光输入端。AT24C64 为8 KB 串行EEPROM 存储器，通过SCL、SDA与单片机的虚拟I2C接口相连，用于存储场景配方表。

表1 所列是场景配方表的存储结构。每张表包括起始和结尾标志，逻辑上以每种PWM 组合所持续的时间(单位：s)为基本记录。

图5 所示为LED驱动电路的硬件结构。图5 中，LT3756为新型大功率LED 驱动芯片，输入电压6~100 V,通过一个外部N 沟道MOSFET,可以使用标称值为12 V 的输入驱动20 个1 A 的白光LED,效率超过94%,频率范围为100 kHz~1MHz。