基于TI CC430的無線智能LED照明系統(tǒng)設(shè)計

　　隨著綠色照明與智能家居日益受到關(guān)注，短距離無線通信技術(shù)也逐漸開始應用在相關(guān)領(lǐng)域。針對于此，本文設(shè)計并完成了基于TI CC430 系列和UCC28810 的無線LED 照明系統(tǒng)，旨在提供一種新穎、高效以及智能化的無線LED 照明系統(tǒng)解決方案。

　　1. 無線LED 照明系統(tǒng)的簡介

　　照明系統(tǒng)與人民生活息息相關(guān)，但目前絕大部分照明系統(tǒng)都是利用各類普通開關(guān)對燈具進行打開和關(guān)閉，燈光的亮度調(diào)節(jié)也是通過普通的調(diào)光開光進行相應的調(diào)節(jié)。每次進行照明系統(tǒng)的操作須走到開關(guān)處才能完成，且一個開關(guān)一般只對應一路燈具，導致需要安裝很多開關(guān)，因此非常有必要設(shè)計一種集調(diào)光和開關(guān)一體的無線遙控發(fā)射接收裝置以提升照明系統(tǒng)的智能化。這將有效地克服傳統(tǒng)有線控制的弊端，減少線路布局，并使人們可自由的在任何地方都可對照明系統(tǒng)進行相應的操作?；谶@種需求，本文設(shè)計了無線LED 照明系統(tǒng)的解決方案，具有非常豐富的功能。具體來說有以下幾種功能：

　　1、集中控制和多點操作的功能;

　　2、軟啟動功能：開燈時，燈光由暗漸亮，關(guān)燈時，燈光由亮漸暗。避免大電流沖擊，保護照明系統(tǒng)，延長使用壽命;

　　3、燈光明暗調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)不同燈光的亮度，操作方便;

　　4、全開全關(guān)和記憶功能;

　　5、定時控制功能;

　　6、亮度自適應調(diào)節(jié);

　　2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與總體方案設(shè)計

　　本文設(shè)計采用了TI 的CC430 無線通信平臺，該平臺融合了基于16Bit 的超低功耗MSP430 內(nèi)核 以及業(yè)界領(lǐng)先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發(fā)器之上。完美的結(jié)合實現(xiàn)了獨特的低功耗/高性能組合與前所未有的高集成度，帶來更為先進的高選擇性與高阻塞性能，確保即使在噪聲環(huán)境下也能實現(xiàn)可靠通信。能夠充分利用其高達25MHz 的峰值執(zhí)行性能，且功耗僅為160uA/MHz。針對基于CC430 的設(shè)備，TI 提供了種類豐富的MSP430 MCU 外設(shè)集，如12-Bit 的ADC、LCD驅(qū)動以及比較器等高性能數(shù)字與模擬外設(shè)。此外，還具有AES-128 硬件安全模塊確保通信的安全性。

　　無線LED 照明系統(tǒng)的整體框圖如圖1 所示。其中控制端部分設(shè)計為采用雙節(jié)AA 電池供電的

　　手持式遙控模塊，其基于CC430F6137，帶有段式LCD 驅(qū)動，豐富的I/O 口資源，以及能夠構(gòu)建觸摸功能的比較器;而接收端則基于CC430F5137，其帶有12-Bit 的 ADC 以及多通道的PWM 模塊。通過在控制端CC430F6137 的比較器B 上構(gòu)建觸摸滑條與按鍵功能，對滑條的觸摸位置進行檢測并轉(zhuǎn)換為PWM的占空比，通過雙邊的RF 模塊發(fā)送/接收相應的調(diào)制參數(shù)，再由接收端CC430F5137 產(chǎn)生調(diào)節(jié)LED 燈亮度的PWM信號，對驅(qū)動模塊UCC28810 進行調(diào)制，如圖2所示。

　　3. 硬件電路設(shè)計

　　3.1 RF 模塊硬件電路設(shè)計

　　CC430 的射頻模塊使用的是業(yè)界領(lǐng)先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發(fā)器，該部分是基于RF頻率的直接合成，其射頻合成器包括一個完整芯片的LC-VCO 和一個對接模式的混頻器進行頻率合成。該射頻的接收單元將RF 信號通過低噪聲放大器（LNA）進行前置放大，再對其中頻信號進行濾波、數(shù)據(jù)解調(diào)以及同步包等工作。CC430 支持的頻率范圍為：300MHz~348MHz;389MHz~464MHz;779MHz~928MHz;在本設(shè)計中使用的是433MHz 的載波頻率，鑒于應用場合其要求的傳輸速率較低，因此選用的是3.2Kbps;并通過PATABLE 對輸出功率進行調(diào)整，滿足不同的距離需求。

　　RF 模塊的硬件電路在整個系統(tǒng)設(shè)計中尤為重要，如圖3 所示。圖中的C5， C9， L3 以及L8形成一個平衡轉(zhuǎn)換器，用以將CC430 上的差分端口RF_N/RF_P 平衡電路轉(zhuǎn)換成單端不平衡的RF 信號，方便將振子流過電纜屏蔽層外的高頻電流截斷。圖中的L5，C10 和L4 構(gòu)成了帶通濾波器;L2，L6 和C8 構(gòu)成低通濾波器。在本設(shè)計中RF 的天線采用的是鞭狀天線或者陶瓷天線。

　　3.2 觸摸滑條的硬件電路構(gòu)建

　　在本設(shè)計中，控制端部分為手持式遙控模塊。其設(shè)計的人機交互界面主要是LCD 顯示以及觸摸按鍵。其中將觸摸滑條的功能用于調(diào)節(jié)LED 的亮度，是系統(tǒng)中較為形象與新穎的設(shè)計之一。其充分利用了MSP430 的自身資源特性，在CC430F6137 集成的比較器COM_B 以及PCBLayout 的傳感電容上，構(gòu)建了基于弛張振蕩方式（RO）的觸摸按鍵功能，由于在COMP_B 中自帶有REF 參考電壓配置網(wǎng)絡(luò)，因此無需像COMP_A 那樣使用外部硬件方式實現(xiàn)參考電壓網(wǎng)絡(luò)。其原理如圖4 所示，主要通過TImerA 測量RC 振蕩電路在固定時間內(nèi)的振蕩次數(shù)，當人手觸摸在傳感電容上，會改變其自身電容值，使得對應的振蕩次數(shù)發(fā)生明顯變化，以此來判斷觸摸/非觸摸的狀態(tài)。構(gòu)建一個4/5 級觸摸滑條與2 個觸摸按鍵。

　　3.3 傳感器硬件電路設(shè)計

　　光敏傳感器的使用使得LED 照明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)亮度自調(diào)節(jié)功能，硬件電路如圖5 所示。光敏傳感器使用的是光敏電阻，因其有著良好的光電特性以及價格優(yōu)勢，非常適合于光強檢測場合的使用。系統(tǒng)中主要通過對Vo 電壓的檢測，反映光強的變化，進而對PWM進行相應的調(diào)制。