基于ZibBee控制的高动态范围LED模拟调光装置设计

　　3 ZigBee 控制及监测

　　3. 1 硬件设计

　　无线通信控制模块使用的是Texas Instruments的CC2430-F128 芯片， 这款芯片专门针对IEEE802. 15. 4 和ZigBee 应用。芯片内部结合了一个CC2420 无线电内核， 增强的8051MCU，128KB的系统可编程闪存，8KB 的SRAM，8 路8 ～ 14 位的ADC，4 个定时器，2 个串行通信接口模块，AES 协同处理器，看门狗定时器，上电复位电路，掉电检测电路和21 个通用IO 口，如图6 所示。

图6 CC2430 芯片的内部结构框图

　　如图3 所示，CC2430 芯片通过AC /DC电源供电，并承担着输出电流控制和电路状态监测的功能。

　　供电时通过maxim 的max5033 开关芯片降为5V，再由TPS79533 降为稳定的3. 3V 进行供电。电流控制是通过SPI 接口和前述的AD5611 进行通讯， 根据期望的输出电流值来相应调节D /A 的输出电压。需要注意的是，在输出电流很低的时候，会出现输入AD5611 的数字值和最后输出的电流值不成线性比例的情况，这是由于此时D /A 输出电压过小，受到D /A 转换误差、线路压降等影响较大，需在程序中进行修正。

　　而监控电路见图7， 本文中， 芯片通过两路ADC 分别对AC /DC的输出电压和输出电流进行监控。电压的监控是通过R11 和R12 电阻进行分压，之后又P0. 7 脚进行采样。电流的监控是通过MAX4080 芯片，这是一块固定增益的高端电流探测芯片，可以直接在高压端取电，假设增益为A，那么P0. 6 脚进行ADC 转换得到的电压和监控的电流之间的关系见下式:

　　通过内部程序的转换就可得到实际的电流。同时本文在AC /DC电路和后端的恒流驱动电路之间加入了一个继电器U2，由CC2430 的P0. 5 脚进行开关控制，可以在必要的时候切断恒流部分的供电。

图7 电压、电流监控的电路图

　　3. 2 软件设计

　　本文设计的装置主要分布在距离主控制器不同距离的几个位置，每个位置各有不同数量的装置，由于每个位置处的装置都相距不远，装置之间也没有信息交互，因此就直接采用星状的网络拓扑。拓扑结构见图8，位于整个ZigBee 网络中心的是ZigBee 无线网关，无线网关起着与主控制计算机通信和ZigBee 网络协调器的功能。而本文所述的调光装置则是作为ZigBee 终端节点，终端节点负责接收无线网关的调光和查询指令，作出相应的调光和状态反馈。

　　调光装置内部的终端节点工作流程如下: 终端节点首先等待无线网关建立网络，之后申请加入该个域网，等待协调器分配16 位的短地址，申请通过之后进入绑定流程， 将终端节点和协调器进行绑定。由于每次网络启动分配的短地址具有随机性，因此在设备内部另外固化了个体识别地址，用于表示所处的地域和序号。之后终端节点进入等待状态，并定时监控自身的电压电流参数，并将可能出现的异常上报。当主控计算机想要对单个终端节点调光时，就会对特定的ZigBee 无线网关发送命令数据包，包含有调光类型，ZigBee 个体识别地址和调光数值，之后特定的终端节点便能接收到无线网关通过协调器传达的命令数据，通过SPI 接口向A /D 转换器传达，最终调节电流到特定的值。

图8 调光系统拓扑结构

　　4 总结

　　针对某些应用高速传感器的需要调光的场合，本文对LED线性驱动电路进行了重新设计，加入了可变降压电路，提高了线性驱动电路的效率，并实现了500∶ 1 的模拟调光。同时使用ZigBee 芯片实现调光，状态监测和无线控制，作为节点给远程监控提供了有力的支持。