基于MSP430的LED應急照明控制器的設計

李增

（中國人民武裝警察部隊學院 河北 廊坊 065000）

工廠、企業、礦山、操作車間等大跨度空間，采用LED應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，達到節能，延長照明時間的目的，確保正常的生產、經營、比賽、演出、會議、辦公、直播等活動順利進行。

1 系統設計

重要建筑內消防應急電源EPS配備比較齊全，功率大.常作為消防電梯、報警系統、煙霧排風機系統的供電系統[1]，因此，可作為常規、應急照明兩用LED節能照明系的電源，而汽油發電機組只作為長時間停電時EPS系統電能消耗殆盡時的補充。根據系統設計的需求，結合實際情況，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框圖Fig.1 Structure diagram of the system

系統包括EPS電源組件、LED照明系統和控制室內控制系統組成。EPS電源系統是系統的備用電源部分，主要功能是電能儲存和電源切換；LED照明系統主要由整流濾波電路、LED驅動電路、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，接收來自控制室內的控制信號，調節LED燈的亮度。控制室內的控制系統包括操作面板，處理器MCU部分，以及有線、無線接口，主要是人機交互和調光控制命令輸出。

2 控制器硬件設計

控制器主要安裝在控制室內，通過有線、無線的方式檢測每盞LED燈的工作狀態，同時用按鍵操作來遠程控制LED燈工作在低功耗、節能、應急3種工作模式、特殊場合下有遠程關斷操作。

以MSP430單片機為控制核心設計了系統控發送和接收端裝置[2]，如圖2所示。控制器發送端主要安裝在控制室內，通過操作面板實現人機交互，而接收端連接恒流源，接收發送端的控制命令，發出不同占空比的PWM信號，控制恒流源調節LED燈組，驅動LED工作在不同的狀態。

CC2500是一種單片2.4 GHz收發器，通過SPI接口與MCU建立聯系，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。首先設置IOCFG2，IOCFG0，TX發送字節個數，包長度，發射功率等寄存器，完成對CC2500的初始化[3]。

圖2 控制系統硬件原理圖Fig.2 Structure diagram of the hardware system

圖3 SPI讀寫寄存器時序Fig.3 SPI register read and write time sequence

3 控制器軟件設計

系統軟件的設計主要是MSP430F2249內部的初始化和射頻芯片CC2500寄存器的設置以及發射、接受數據的讀寫操作[4-6]。 調用 SimpliciTI協議棧中的 BSP，MRFI，NWK，NWK_APPLICATION，其中BSP是最基礎的板級硬件，MCU初始化cc2500函數以及LED、按鍵操作函數；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，射頻芯片的驅動以及通信接口，NWK和NWK_APPLICATION是網絡層和網絡應用層，屬于SimpliciTI協議棧的內容，包括網絡的建立，網絡地址的分配，網絡數據幀結構、數據消息隊列，數據消息處理，網絡通信安全加密等一系列復雜機制，通過簡單的函數調用實現了基本的硬件操作[7]。無線收發器發送端和接收端的軟件設計流程圖如圖4所示。

圖4 發送和接收端程序設計流程圖Fig.4 Send and receive program flow chart

在接收端，通過開啟內部定時器Timer_B，根據接受到的不同數據，調整Timer_B的計時周期，通過普通I/O口置數、復位達到輸出不同占空比10%、50%、90%，使LED燈工作在低功耗、節能、應急3種工作模式[8]。

發送端MSP430單片機向CC2500傳輸數據的子程序代碼為：

if（BSP_BUTTON1（）） {

msg[0]=0x7E； msg[2]=0xE7；

switch（key_flag）{

case 0x00:msg[1]=0x55；break；

case 0x66:msg[1]=0x6c；break；

case 0xff:msg[1]=0xaa； break；}

if （SMPL_SUCCESS==SMPL_Send （linkID1， msg，sizeof（msg）））

BSP_TOGGLE_LED2（）；}

其中msg為發送緩沖區，SMPL_Send為發送數據函數，一旦發送成功，返回SMPL_SUCCESS。

接收端調用simpliciTI協議函數，接受CC2500緩存數據的代碼為：

if （SMPL_Receive （sLID [i]， msg， &len） ==SMPL_SUCCESS）{

ioctlRadioSiginfo_t sigInfo；

sigInfo.lid=sLID[i]；

SMPL_Ioctl （IOCTL_OBJ_RADIO，IOCTL_ACT_RADIO_SIGINFO， （void*）&sigInfo）；

transmitData（ i， （signed char）sigInfo.sigInfo[0]， （char*）msg）；

if（（msg[0]==0x7e）&&（msg[2]==0xe7）） {

switch（msg[1]）{

case 0x55:TimeB_COUNT=48； break；

case 0x6c:TimeB_COUNT=12； break；

case 0xaa:TimeB_COUNT=84； break；

default:break；}}

BSP_TOGGLE_LED2（）；

BSP_ENTER_CRITICAL_SECTION（intState）；

sPeerFrameSem--；

BSP_EXIT_CRITICAL_SECTION（intState）；}

其中msg為接收緩沖區，SMPL_Receive為接收數據函數，一旦接收成功，返回SMPL_SUCCESS。

4 恒流源驅動器設計

恒流源驅動器由集成運放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轉換器，8 A電流負載，36VDC輸入，輸出電壓值由二極管D2確定為30 V，這就限制了LED燈的串聯個數。由于發光LED燈的壓降每個為3.3 V，這就使得輸出電壓最高為3.3×9=29.7 V，基于冗余性的考慮，系統采用8個LED串聯輸出，即 3.3×8=26.4 V。

圖5 恒流源驅動電路Fig.5 Constant current source circuit

系統采用數模轉換器DAC7611，用于輸出恒定的參考電壓。上電后，單片機調節其輸入對應數值，使 DAC761輸出值AOUT=1.25 V，驅動器的負載為：

由于RCS精度不足，使得輸出電流與設定值3 A之間存在一定的偏差。通常情況下，調節RCS的大小，即可調節恒流源的電流。但是如果LED燈組某一個或者多個LED老化或者出現故障，就需要系統檢測到并自動調節恒流源的電流，因此就需要單片機讀入反饋值，調節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，這就是調節AOUT的依據，一旦某個LED燈出現損壞，則整串LED都將停止工作，此時

此時，MCU讀取調節AO反饋值，調節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 論

該系統能夠為車間、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，能夠實現常規、應急照明的自動切換，為確保重要的生產、經營、比賽、演出、會議、辦公、直播等活動的正常進行。系統具有靈活、節能、使用壽命長的特點。以MSP430為控制核心的無線控制器能夠實現50 m跨度空間的無線調光，使其工作在常規、節能、應急3種模式下。

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