无线智能LED照明系统的设计

随着绿色照明与智能家居日益受到关注，短距离无线通信技术也逐渐开始应用在相关领域。针对于此，本文设计并完成了基于TI CC430 系列和UCC28810 的无线LED 照明系统，旨在提供一种新颖、高效以及智能化的无线LED 照明系统解决方案。

1. 无线LED 照明系统的简介

照明系统与人民生活息息相关，但目前绝大部分照明系统都是利用各类普通开关对灯具进行打开和关闭，灯光的亮度调节也是通过普通的调光开光进行相应的调节。每次进行照明系统的操作须走到开关处才能完成，且一个开关一般只对应一路灯具，导致需要安装很多开关，因此非常有必要设计一种集调光和开关一体的无线遥控发射接收装置以提升照明系统的智能化。这将有效地克服传统有线控制的弊端，减少线路布局，并使人们可自由的在任何地方都可对照明系统进行相应的操作。基于这种需求，本文设计了无线LED 照明系统的解决方案，具有非常丰富的功能。具体来说有以下几种功能：

1、集中控制和多点操作的功能;

2、软启动功能：开灯时，灯光由暗渐亮，关灯时，灯光由亮渐暗。避免大电流冲击，保护照明系统，延长使用寿命;

3、灯光明暗调节功能：调节不同灯光的亮度，操作方便;

4、全开全关和记忆功能;

5、定时控制功能;

6、亮度自适应调节;

2. 系统结构与总体方案设计

本文设计采用了TI 的CC430 无线通信平台，该平台融合了基于16Bit 的超低功耗MSP430 内核 以及业界领先的不足1GHz 的CC1101 RF 收发器之上。完美的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160uA/MHz。针对基于CC430 的设备，TI 提供了种类丰富的MSP430 MCU 外设集，如12-Bit 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。

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12-Bit 的 ADC 以及多通道的PWM 模块。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，如图2所示。

3. 硬件电路设计

3.1 RF 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CC1101 RF 收发器，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：300MHz~348MHz;389MHz~464MHz;779MHz~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3.2Kbps;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。在本设计中RF 的天线采用的是鞭状天线或者陶瓷天线。

3.2 触摸滑条的硬件电路构建

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。其原理如图4 所示，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4/5 级触摸滑条与2 个触摸按键。

3.3 传感器硬件电路设计

光敏传