何曉波，陳　龍，潘俊鋒

(廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院，廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實驗室，廣東廣州 510663)

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一種智能LED照明系統(tǒng)設(shè)計*

何曉波，陳龍，潘俊鋒

(廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院，廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實驗室，廣東廣州 510663)

隨著LED照明的廣泛應(yīng)用，人們對LED的照明效果提出了更高的要求，智能化是LED照明的發(fā)展趨勢。本文提出并設(shè)計了基于藍(lán)牙模塊Core51822與LED恒流驅(qū)動芯片ILD4120的智能LED照明系統(tǒng)，可以用手機(jī)APP實現(xiàn)調(diào)色溫、亮度等功能。

藍(lán)牙模塊；恒流驅(qū)動；LED調(diào)光；智能照明

LED作為一種新型光源，在迅猛發(fā)展的同時，已得到了大規(guī)模的普及應(yīng)用。除了能提供巨大的節(jié)能潛力之外，LED照明的發(fā)展也越來越趨向于智能化和人性化，現(xiàn)在的照明產(chǎn)品不僅限于為人類提供照明，正逐漸超越照明本身而提供更為理想的服務(wù)。我們發(fā)現(xiàn)LED照明將在智能家居、智能建筑和智慧城市中扮演更加重要的角色?；谶@種發(fā)展需求，本文主要結(jié)合藍(lán)牙無線通訊技術(shù)，提出并設(shè)計了基于藍(lán)牙芯片nRF51822和LED驅(qū)動芯片ILD4120的LED智能照明系統(tǒng)，實踐證明系統(tǒng)能對LED照明實現(xiàn)智能控制，從而營造出健康舒適的照明環(huán)境。

1　系統(tǒng)方案

1.1藍(lán)牙通訊模塊

Core51822通訊藍(lán)牙模塊是基于nRF51822的藍(lán)牙4.0模塊，尺寸小巧，穩(wěn)定可靠，廣泛應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、RF智能射頻標(biāo)簽、智能家用電器、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。nRF51822是一款為超低功耗無線應(yīng)用(ULP wirelesss applications)打造的多協(xié)議單芯片解決方案。整合了Nordic一流的無線傳送器，同時支持Bluetooth(R) low energy和專用的2.4 GHz協(xié)議棧[1]。原理圖如圖1。

圖1　Core 51822原理圖

nRF51822內(nèi)部架構(gòu)包含2.4 GHz多協(xié)議無線射頻32位ARM Cortex M0處理器、128位AES硬件加密處理器、256 kB flash/32 kB RAM、可編程外設(shè)接口PPI、全功能數(shù)字接口：SPI/I2C/UART、10位ADC等單元，模塊為全局獨立電源管理，可以工作在1.8 V～3.6 V的電壓范圍。

1.2恒流驅(qū)動芯片

ILD4120是英飛凌公司生產(chǎn)的一款LED恒流驅(qū)動芯片，具有性能好，可靠性高等特點，ILD4120具有較寬的電壓輸入范圍，支持降壓拓?fù)?，工作電壓可以?.5 V～40 V，驅(qū)動電流最高能達(dá)到1 200 mA，可實現(xiàn)高達(dá)98%的驅(qū)動效率，恒流控制誤差低于3%，能采用兩種不同的調(diào)光方式模擬和PWM(脈寬調(diào)制)對LED光源進(jìn)行調(diào)光。除了普通的過流保護(hù)外，還具備溫度保護(hù)機(jī)制，專門防止LED燈和LED驅(qū)動IC出現(xiàn)熱過應(yīng)力現(xiàn)象。因此，這種集成智能熱保護(hù)和過流保護(hù)可以最大限度延長LED燈和LED燈具的使用壽命[2]。

圖2　ILD4120內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

2　系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1系統(tǒng)總架構(gòu)

控制系統(tǒng)的原理框圖如圖3所示，首先開啟手機(jī)或IPAD

等智能終端設(shè)備的藍(lán)牙信號，打開安裝好的照明管理軟件發(fā)出控制信號，主控單元中的藍(lán)牙模塊接收到控制信號后交由單片機(jī)分析處理，單片機(jī)對數(shù)據(jù)及指令進(jìn)行分析處理后將PWM控制信號發(fā)送給LED驅(qū)動單元，LED驅(qū)動電路對LED光源進(jìn)行調(diào)光或調(diào)色溫等相關(guān)照明控制。藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在手機(jī)設(shè)備中已經(jīng)普及，不會增加用戶的終端成本，將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用到照明控制方面，實現(xiàn)智能化的同時又節(jié)約了成本。

圖3　系統(tǒng)框架圖

2.2電源電路設(shè)計

系統(tǒng)電源部分如圖4所示，供電電源采用了開關(guān)電源芯片MP2451，具有轉(zhuǎn)換效率高、低能耗、紋波小、抗干擾能力強、封裝面積小、外圍器件少等特點，非常適用于本系統(tǒng)。

圖4　電源電路圖

2.3主控電路設(shè)計

系統(tǒng)主控電路如圖5所示，由于Core51822內(nèi)置MCU及藍(lán)牙芯片，集成度高，方案成熟，外圍接口豐富，可擴(kuò)展交互式人機(jī)界面，非常適用于產(chǎn)品的二次開發(fā)應(yīng)用?？刂齐娐方邮諄碜允謾C(jī)或IPAD等終端的藍(lán)牙控制信號，輸出PWM控制信號給LED驅(qū)動電路對LED光源進(jìn)行相應(yīng)控制。

圖5　通信及控制電路圖

2.4驅(qū)動電路設(shè)計

系統(tǒng)的LED驅(qū)動電路如圖6所示，ILD4120接收來自控制單元的PWM調(diào)光信號，根據(jù)LED光源的燈珠數(shù)量及最大工作電流，確定驅(qū)動電路的電感值、感應(yīng)電阻值等參數(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的恒流驅(qū)動，加上芯片內(nèi)部特有的熱保護(hù)和過流保

護(hù)機(jī)制，在保證光源的照明效果同時延長光源的使用壽命。

圖6　LED驅(qū)動電路圖

3　結(jié)論

本文使用了無線通訊模塊、LED恒流驅(qū)動芯片實現(xiàn)LED的智能照明管理，對系統(tǒng)的硬件設(shè)計做了詳盡介紹，實現(xiàn)了智能手機(jī)等終端設(shè)備遠(yuǎn)程控制LED照明狀態(tài)，將智能化照明和人性化照明完美融合。系統(tǒng)還具有擴(kuò)展性好、體積小巧、使用便捷、兼容性好、易于升級等特點，今后還可以加入音頻系統(tǒng)，設(shè)計數(shù)字家庭式多媒體裝置，在智能家居行業(yè)中具有良好的市場應(yīng)用前景。

[1]NORDIC公司.semiconductor nRF51822數(shù)據(jù)手冊[Z].2013.

[2]英飛凌公司.ILD4120數(shù)據(jù)手冊[Z].2011.

A Design of Intelligent LED Lighting System

He Xiaobo, Chen Long, Pan Junfeng

(GuangzhouResearchInstituteofO-M-ETechnology,GuangdongModernControlandOMEPubicLab,GuangzhouGuangdong510663,China)

With the wide application of LED lighting, people put forward higher requirements to LED lighting effects, the intelligent becomes the development trend of LED lighting. In this article, the intelligent LED lighting system based on bluetooth module core51822 and LED constant current driver chips ILD4120 is designed which can realize the adjusting function of color temperature and brightness of LED lamps with APP software of mobile phone.

bluetooth module; constant current driver; LED dimming; intelligent lighting

2016-05-05

2016-06-06

廣州市科技計劃項目《廣州市健康照明重點實驗室》(201509010011)，廣東省科技計劃項目《農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用智慧型LED組合光源控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣》(2014A020208132)

何曉波(1982- )，男，江西人，工程師，本科學(xué)歷，研究領(lǐng)域：電子技術(shù)、信息技術(shù)。

1674- 4578(2016)04- 0035- 02

TM923.34

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