0 引言

　　以LED為代表的新一代綠色環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境，提高照明效率，減少能源浪費，是LED智能控制系統研究的重要內容。

　　通信方式是LED智能控制系統的重要組成部分。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光源或LED照明控制系統，然而，基于上述通信方式的LED控制系統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，可通過對家居及公共場所LED照明系統的網絡化調控，實現用戶期望的各種照明環境，并達到節能降耗的效果。

　　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True Color PWM調光技術，調光范圍可達3000:1。

　　3 軟件流程

　　系統遙控器的主控程序流程如圖6所示。無線遙控系統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，一個很重要的優點是雙向通信，遙控器發出鍵值后，可根據是否有正確的回應信息，控制狀態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

　　本文了提出了一套LED智能照明系統的設計方案，本方案中所設計的智能照明系統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。經實測，本LED照明調控系統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10μA，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。