短距离无线通信技术是目前新兴的通信网络技术，它的应用有效地克服了传统有线控制的弊端，使得系统更加智能化。此外，随着绿色照明与$智能家居日益受到广泛关注，短距离无线通信技术也逐渐开始应用在相关领域。目前市场上有多种智能家居情景照明的解决方案，其中有：基于 TI CC430 系列&升压转换器的无线 LED 照明系统与无线传输技术实现LED远程控制路灯照明系统、监控可调光管理及基于 ZigBee网络技术控制的照明系统方案。前者是旨在提供一种新颖、高效以及智能化的无线 LED 照明系统，而后二者因其成本低、功耗低和易于实现等优点得到广泛应用。值此以上述3种新型LED 无线照明系统为例，对其构建特征与应用作分析说明。

1高效以及智能化的无线 LED 照明系统的构建

本无线 LED 照明系统的解决方案要求，具有非常丰富的功能。具体来说有以下几种功能： 集中控制和多点操作的功能;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;调节不同灯光的亮度，操作方便;全开全关和记忆功能;定时控制功能;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UCC28810 和UCC28811是$通用照明电源控制器与CC430 无线通信平台。而UCC28810 和UCC28811是适合于需要功率因素修正和EMC兼容的中低功率亮度应用。值此先对UCC28810 和UCC28811应用特征作说明。

2.1UCC28810/11可控制反激、降压或升压转换器

它还集成了用来处理反馈误差的跨导电压放大器，用来产生正比于输入电压的电流基准发生器，电流检测(PWM)比较器，PWM 逻辑以及用来驱动外接FET的图腾柱驱动器。其UCC28810/UCC28811的主要特性方框图(见图1所示)和简化应用电路图(见图2所示)。图1. UCC2881011方框图

图1. UCC28810/11方框图

图2所示为UCC28810照明应用电路图

2.2由CC430F无线通信平与UCC28810构CC430F以及ZIGbee UCC28810构建的无线照明系统

.该新型无线照明系统.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 结合实现了独特的低功耗/高性能组合与高集成度，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，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 3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，对升压转换器(驱动模块)(在此选用了UCC28810升压转换器) 进行调制。

图3为由CC430F以及ZIGbee UCC28810构建的无线照明系统

*无线照明系统系统电路的构建

·图3的解析-触摸电路构建

在本构建中，控制端部分为手持式遥控模块(见图3的左图所示)。其人机交互界面主要是 LCD 显示以及触摸按键。其触摸滑条功能主要用于调节 LED 的亮度，是系统中较为形象的设计之一。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 PCB Layout 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 电压基准(REF)参考电压网络，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，主要通过定时器A(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(图 4三录色长方条所示)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。由此技术可构建出一个 4/5 级触摸滑条与 2 个触摸按键。

图 4所示的比较器(COMP)B的弛张振荡方式(RO)方式触摸滑条感应示意图

·关于实现亮度自调节的光敏传感器电路 由于光敏传感器的使用从而使得 LED 照明系统能够 实现亮度自调节功能，其光敏传感器电路(见图3接收部件端所示)的光敏传感器使用的是光敏电阻，因其有着良好的光电特性以及价格优势，非常适合于光强检测场合的使用。系统中主要通过对 Vo 电压的检测，反映光强的变化，进而对 PWM 进行相应的调制。
 [page]

·双边RF模块电路的选用

图5为双边RF前端电路所示，它由低低通滤波器、平衡转换器及带通$滤波器等构成。图5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。在本构建中 RF 的天线可采用的是鞭状天线或者陶瓷天线。

需要说明的是，CC430F6137 的射频模块使用的是 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 5 的RF前端电路所示。

图 5 为RF前端电路所示

*系统优越性

上述是以 CC430 为控制核心的无线 LED 照明系统基本架构的解析。传统照明系统操作须走到开关处才能完成，即一个开关一般只对应一路灯具，导致需要安装很多开关，因此构建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智能化是众望所归。该系统整个系统特点是能够有效地进行集中控制和多点单独控制，定时控制，自动调光等预设功能。除此以外还需软件系统的设计

3 以无线传输技术实现LED远程控制在路灯或室内照明系统应用及其监控可调光管理

3.1路灯照明系统的远程控制方案，可以通过无线传输实现照明系统的控制。

在远程控制LED照明应用中，产品升级成本最高的基础架构是控制LED照明布线。为此可以利用无线传输链控制或通过PLC对现有的电力线控制的两种技术以节省成本达到升级之目的。PLC技术能够支持远距离通信，但当交流线路的断路器或变压器不允许数据流自由传输时，可能带来一些问题。虽然无线通信不存在这一问题，但通信频率限制在免授权波段，无线通信距离也受到一定限制。有些情况下，可以将这两种技术相结合得到最佳的解决方案：在没有变压器阻隔的情况下采用电力线通信，而利用无线连接支持跨变压器设计。

那末远程控制LED照明系应主要构建应包括：其一是通信范围。这取决于具体应用，对于住宅的室内应用，30m左右的通信范围即可满足要求，路灯则需要数千米的通信范围;其二是低功耗。LED的一个重要卖点是高能效。关闭照明、只有通信线路保持有效状态时，需要保证$LED灯的功耗最低，这一点对于设计非常关键。其三是通信速率。有些照明应用只需较低的通信速率(仅几kbps)即可满足调光控制和故障状态读取的要求。但是，建筑照明有时会需要非常高的数据速率，甚至达到100kbps。洗墙灯就属于这类应用的一个典型例子，通过一条总线控制多个照明灯，并需要不断改变灯光色彩。低成本。绝大多数照明应用都有类似要求。

其图6是无线传输技术控制状态下构建的LED远程控制照明系统框图。系统可测量任意单灯的电流、电压、功率、功率因素，从而实现监测LED单灯电流控制或运行状态;由微控制器中心管理系统可下发的指令，如对LED路灯光进行远程控制、实现任意LED灯PWM调光，或某一路段路灯左边亮1、3、6、9等，右边亮2、4、6、8等，并根据单灯的运行状态及灯管工作时间自动生成检修、维修等故障检测服务。

图6为无线传输技术控制状态下构建的LED远程控制照明系统框图

从图6中间所示可知，新型LED远程控制照明系统中通常包括一个微控制器，它可以是一个分立单元，或者集成在另一IC内部(如MAX2990电力线通信调制解调器内置基带处理器)。多数情况下，用一个基本的微控制器足以满足上述远程控制照明设计要求。该微控制器具有负责处理通信协议解码和LED驱动器调光信号及读取故障状态等功能，并用于控制灯的照明效果(例如剧场调光)。它是电力线通信(见图6左上)或无线链路(见图6左下)控制技术实现LED远程控制照明系统的的控制部件。

照明应用采用无线通信时，可以选择Maxim提供的MAX1473接收器和MAX1472发送器。这些产品工作在300MHz至450MHz免授权波段，室内环境下通信距离可以达到30m至50m。MAXQ610微控制器以极低成本提供上述所有必备功能。

对于PLC应用，Maxim的解决方案包括MAX2991模拟前端(AFE)和MAX2990基带处理器。这些器件构成一套完整的电力线发送/接收芯片组，能够以高达100kbps的数据率，在长达10km的电力线上传输数据。这一传输距离使其非常适合路灯照明系统。MAX2990集成了一个带有PWM输出的微控制器，用于控制LED躯动器的PWM调光输入。这一功能省去了产生调光信号的其它电路。

3.2智能LED路灯远程监控可调光管理

问题的产生 虽然LED路灯远程照明应用系统已解决，但对其监控可调光管理又有新的要求。即，当线路异常或断路时，系统会出现异常报警判断是哪一区的线路遭到破坏，并通知管理人员派人到场查看线路遭到破坏程度并通知管理人员派人到场查看线路遭到破坏程度。对此挑战，从节能也需从节约卉开始的角度来应对。图7是新型智能LED路灯远程监控可调光管理构建方案。

图7是新型智能LED路灯远程监控可调光管理构建方案

从图7该方案应用了采用POWERL，LINE传输技术，透过INTERNET网络GSM、GPRS及ADSL技术以实现并达到远程调光节能监控与可调光管理。具体控制设施用有以下组成为：其一是用电力线回路控制器(SPLD) 实现远端进行路灯开关可调光节能控制，其远端调光节能控制以实现降低路灯的能耗，对路灯故障，漏电即时回报并提供路灯防盗报警功能;其一是用路灯回路主控制器(PLM)负责集中收集现场路灯的各种状态讯息，也可下达命令控制

现场各种设备，也可以定时储存、记录及统计相关的资讯并收集SPLD/SWLD的资料，经由无线通讯传辅至监控管理中心。而软体功能应用了模式库资料库-GIS系统与警报印表机等，故可用图控方式对图形或参数表能即时显示各回路的运转状态，并将所有路灯回 路参数、开关状态、路灯资料等讯患记录储存，提供各种统计报表，包括路灯故障维修之月、日报表等，具备了完普的故障或偷窃或遭破坏即时报警系统。由此本方案可实现的控制功能为：远端电脑、开/关路灯，或开启可调光节能状态;配合夜间可调光节电功能控制;断线/愉电缆24H报警;漏电/窃电报警;监测电压、电流及消耗电量。它适用于LED路灯远程监视控制、可调光节能防盗管理。正应用了上述新型智能与网络技术所以具有体积小，装置在灯杆下方，维修方便，操作简易等特点。
[page]

4基于 ZigBee网络技术控制的无线照明系统

4.1无线ZigBee网络技术应用日普及

ZigBee，IEEE 802.15.4协议的代名词，是一种短距离、低功耗的无线通信技术，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。ZigBee的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和无线照明系。而ZigBee能够在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，并且这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。因而其技术与芯片可广泛应用于无线照明系统。值此以家居中的智能无线照明系为例作介绍。先对用的ZigBce无线网络技术和射频集成芯片的无线感测网络技术作介绍。

其典型的是采用了CC2420B芯片进行设计和开发。用CC2420DB板写入不同的代码，分别作为协调器，路由设备，终端设备来组成无线感测网络。其终端设备可以采用FFD(全功能设备)，也可以采用RFD(精简功能设备)。如果是RFD，则此设备只能充当接收终端，而不再能转发数据;而路由设备它必须是FFD，用于接收与转发信息;协调器它必须是FFD(全功能设备)，同时也是整个网络的灵魂，向计算机传输数据。图8为无线感测网络的网络结构示意图。

图8为无线感测网络的网络结构示意图。

据此将基于无线感测网络的网络结构的二种家居中的智能无线照明系统应作分析。

4.2基于无线感测网络结构的二种家居中的智能无线照明系统的应用

*无线感测网络在在办公、机房照明及其空调节能中的应用。

由于智能建筑统合了建筑环境信息与自动控制，所以能更精准的掌握各项设备的使用状态。经由无线感测网络，我们可以收集到各种设备的用电状态。而这些设备的用电情况也与使用着行为有很大的关系。经由分析这些用电行为，就可以找出更节能的调控策略。举例来说，办公室计算机的用电情况，可以反应使用者是在工作，休息，或是离开的状态。在知道使用者的行为后.我们便可以调整该位置的照明设备。当工作时开启照明，休息时调暗亮度，在人离开后便自动关闭灯具电源来节省用电量。除这类设备的控制管理外，用电资料也可以用在大楼冷气的控制上。尤其在夏天的时候，实时的冷气用电量可以帮助使用者了解如何避免在尖峰 时段，过度的使用空调，进而控制电费达到节能的目的。图9为基于无线感测网络结构的办公、机房照明及其空调节能中的应用。其节能照明流程控制为通过数据采集、数据分析、节能建议到节能控制四个步骤实现。

图9为基于无线感测网络的办公、机房照明及其$空调节能中的应用流程图

*家居中的智能无线照明系总体布局 该整体方案中可应组网采用树状簇型结构，即以每个房间为1个单元，房间内的每盏灯作为一个终端设备，每个房间设置1个路由器用以与协调器通信并向房间内每一个终端设备转发数据。图1为基于无线感测网络的家居中的智能无线照明系总体布局示意。

图10为基于无线感测网络的家居中的智能无线照明系总体布局示意

该系统在所具功能：由于不同的房间所具有的职能不同，所以对每一个房间的终端设备所具有的功能进行分别设置。总体上，要求房间内所有的终端设备可以对LED进行开关控制及亮度调节。为了方便和快速进行调节，在遥控面板上还加入了情景和亮度设定，其中亮度设定为昏暗程度、明亮程度和超明亮程度。情景模式可以设置多种颜色模式。该系统还可以具有以下功能：智能调光与延时功能及全开全关。

 

本文由大比特收集整理(www.big-bit.com)