基于MSP430的LED應(yīng)急照明控制器的設(shè)計

 工廠、企業(yè)、礦山、操作車間等大跨度空間，采用LED應(yīng)急照明與正常照明共用的方式，能夠在市電中斷以后迅速切換到EPS備用電源，達(dá)到節(jié)能，延長照明時間的目的，確保正常的生產(chǎn)、經(jīng)營、比賽、演出、會議、辦公、直播等活動順利進(jìn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計

重要建筑內(nèi)消防應(yīng)急電源EPS配備比較齊全，功率大，常作為消防電梯、報警系統(tǒng)、煙霧排風(fēng)機系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，因此，可作為常規(guī)、應(yīng)急照明兩用LED節(jié)能照明系的電源，而汽油發(fā)電機組只作為長時間停電時EPS系統(tǒng)電能消耗殆盡時的補充。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求，結(jié)合實際情況，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)包括EPS電源組件、LED照明系統(tǒng)和控制室內(nèi)控制系統(tǒng)組成。EPS電源系統(tǒng)是系統(tǒng)的備用電源部分，主要功能是電能儲存和電源切換;LED照明系統(tǒng)主要由整流濾波電路、LED驅(qū)動電路、LED燈組組成。LED恒流源電路是提供LED燈組恒定電流的驅(qū)動部分，同時還包含了有線、無線接口部分，接收來自控制室內(nèi)的控制信號，調(diào)節(jié)LED燈的亮度?？刂剖覂?nèi)的控制系統(tǒng)包括操作面板，處理器MCU部分，以及有線、無線接口，主要是人機交互和調(diào)光控制命令輸出。

2 控制器硬件設(shè)計

控制器主要安裝在控制室內(nèi)，通過有線、無線的方式檢測每盞LED燈的工作狀態(tài)，同時用按鍵操作來遠(yuǎn)程控制LED燈工作在低功耗、節(jié)能、應(yīng)急3種工作模式、特殊場合下有遠(yuǎn)程關(guān)斷操作。

以MSP430單片機為控制核心設(shè)計了系統(tǒng)控發(fā)送和接收端裝置，如圖2所示?？刂破靼l(fā)送端主要安裝在控制室內(nèi)，通過操作面板實現(xiàn)人機交互，而接收端連接恒流源，接收發(fā)送端的控制命令，發(fā)出不同占空比的PWM信號，控制恒流源調(diào)節(jié)LED燈組，驅(qū)動LED工作在不同的狀態(tài)。

CC2500是一種單片2.4 GHz收發(fā)器，通過SPI接口與MCU建立聯(lián)系，MCU在開始要完成對CC2500寄存器的配置，其讀寫時序如圖3所示。首先設(shè)置IOCFG2，IOCFG0.TX發(fā)送字節(jié)個數(shù)，包長度，發(fā)射功率等寄存器，完成對CC2500的初始化。

3 控制器軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要是MSP430F2249內(nèi)部的初始化和射頻芯片CC2500寄存器的設(shè)置以及發(fā)射、接受數(shù)據(jù)的讀寫操作。調(diào)用SimpliciTI協(xié)議棧中的BSP，MRFI，NWK，NWK APPLI CATION，其中BSP是最基礎(chǔ)的板級硬件，MCU初始化CC2500函數(shù)以及LED、按鍵操作函數(shù);MRFI是屬于射頻接口層，提供射頻芯片的選擇，射頻芯片的配置參數(shù)，射頻芯片的驅(qū)動以及通信接口，NWK和NWK_APPLICATION是網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，屬于SimpliciTI協(xié)議棧的內(nèi)容，包括網(wǎng)絡(luò)的建立，網(wǎng)絡(luò)地址的分配，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)消息隊列，數(shù)據(jù)消息處理，網(wǎng)絡(luò)通信安全加密等一系列復(fù)雜機制，通過簡單的函數(shù)調(diào)用實現(xiàn)了基本的硬件操作。無線收發(fā)器發(fā)送端和接收端的軟件設(shè)計流程圖如圖4所示。

在接收端，通過開啟內(nèi)部定時器Timer_B，根據(jù)接受到的不同數(shù)據(jù)，調(diào)整Timer_B的計時周期，通過普通I/O口置數(shù)、復(fù)位達(dá)到輸出不同占空比10%、50%、90%，使LED燈工作在低功耗、節(jié)能、應(yīng)急3種工作模式。

發(fā)送端MSP430單片機向CC2500傳輸數(shù)據(jù)的子程序代碼為：

其中msg為發(fā)送緩沖區(qū)，SMPL_Send為發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)，一旦發(fā)送成功，返回SMPL_SUCCESS。

接收端調(diào)用simpliciTI協(xié)議函數(shù)，接受CC2500緩存數(shù)據(jù)的代碼為：

其中msg為接收緩沖區(qū)，SMPL_Reeeive為接收數(shù)據(jù)函數(shù)，一旦接收成功，返回SMPL_SUCCESS。

4 恒流源驅(qū)動器設(shè)計

恒流源驅(qū)動器由集成運放7LM358和電源芯片8XL4016組成，如圖5所示。XL4016是一個180 kHz的固定頻率PWM降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，8 A電流負(fù)載，36VDC輸入，輸出電壓值由二極管D2確定為30 V，這就限制了LED燈的串聯(lián)個數(shù)。由于發(fā)光LED燈的壓降每個為3.3 V，這就使得輸出電壓最高為3.3x9=29.7 V，基于冗余性的考慮，系統(tǒng)采用8個LED串聯(lián)輸出，即3.3×8=26.4 V。

系統(tǒng)采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7611，用于輸出恒定的參考電壓。上電后，單片機調(diào)節(jié)其輸入對應(yīng)數(shù)值，使DAC761輸出值A(chǔ)OUT=1.25 V，驅(qū)動器的負(fù)載為：

由于RCS精度不足，使得輸出電流與設(shè)定值3 A之間存在一定的偏差。通常情況下，調(diào)節(jié)RCS的大小，即可調(diào)節(jié)恒流源的電流。但是如果LED燈組某一個或者多個LED老化或者出現(xiàn)故障，就需要系統(tǒng)檢測到并自動調(diào)節(jié)恒流源的電流，因此就需要單片機讀入反饋值，調(diào)節(jié)AOUT。1 W的LED壓降大約3.3 V，電流300 mA，因此有

同理可得A1～A7都為0.2 V，這就是調(diào)節(jié)AOUT的依據(jù)，一旦某個LED燈出現(xiàn)損壞，則整串LED都將停止工作，此時

Ao=IloadRCS=0.1 V (3)

此時，MCU讀取調(diào)節(jié)Ao反饋值，調(diào)節(jié)AOUT為1 V，使Iload=2.7 A，從而保證剩下的燈亮度保持恒定。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)能夠為車間、候車廳、體育場館，會議廳等大跨度空間提供一套照明解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)、應(yīng)急照明的自動切換，為確保重要的生產(chǎn)、經(jīng)營、比賽、演出、會議、辦公、直播等活動的正常進(jìn)行。系統(tǒng)具有靈活、節(jié)能、使用壽命長的特點。以MSP430為控制核心的無線控制器能夠?qū)崿F(xiàn)50 m跨度空間的無線調(diào)光，使其工作在常規(guī)、節(jié)能、應(yīng)急3種模式下。