¿Cómo controlar las luces LED de forma inalámbrica, qué tecnología y principios se utilizan?
La solución de control remoto de lámparas LED de bajo consumo utilizando la tecnología de red de sensores inalámbricos ZigBee proporciona un diseño detallado de software y hardware.
1. Sistema de control de red autoorganizado y principio de funcionamiento
Para realizar funciones como detección de fallas, detección de temperatura, detección de voltaje, detección y control de brillo y alarma de fallas, el sistema de control de red autoorganizado Se adoptó el diseño que se muestra en la Figura 1.
Toda la red inalámbrica está compuesta por tres tipos de dispositivos: nodo terminal (ZigBee Endpoint, ZE), enrutador (ZigBee Router, ZR) y coordinador (ZigBee Coordinator, ZC). El terminal es un dispositivo de función reducida (RFD) y sólo puede comunicarse directamente con el enrutador o coordinador. El enrutador es un dispositivo con todas las funciones (FuU Function Device, FFD) que puede comunicarse directamente con el enrutador y el terminal, así como con el coordinador. El coordinador es el Coordinador PAN (PANC), que es responsable del establecimiento de la red y la gestión de un área PAN. El coordinador recopila información de todos los nodos y rutas y la envía a la computadora de monitoreo a través de RS232 para determinar el brillo de las luces, la temperatura ambiente, la energía de la batería, etc.
Principio de funcionamiento: Cada terminal y ruta del sistema controla una luz respectivamente, y cada luz corresponde a un ID (asignado automáticamente por el coordinador cuando la terminal o ruta se une a la red). sensores Los datos se envían al coordinador de forma inalámbrica, y el coordinador envía los datos recibidos a la computadora de monitoreo a través del puerto serie. Si la luz LED falla, el circuito de detección generará una señal de alarma, que eventualmente se enviará a la computadora de monitoreo. La computadora le indicará al personal la identificación de la luz defectuosa, lo que hace que el mantenimiento sea más conveniente. Además, el sensor fotosensible del terminal recogerá el nivel de luz y luego el terminal ajustará automáticamente el brillo de la luz.
El terminal también transmitirá su propio voltaje de suministro de energía a la computadora de monitoreo para evitar que la escasez de energía del nodo afecte el uso.
2. Diseño del hardware del sistema
El sistema se compone de un módulo de alimentación, un módulo de transmisión inalámbrica (CC2530, detección de temperatura, detección de voltaje), un módulo de controlador LED, un módulo de detección LED, etc. El hardware específico La estructura lógica del circuito se muestra en la Figura 2. El módulo de potencia utiliza ASM1117-5.0 y ASM1117-3.3 comúnmente utilizados en el mercado, y el principio es simple y fácil de entender. A continuación se presenta principalmente el módulo de comunicación inalámbrica y el módulo de controlador LED.
El módulo de comunicación inalámbrica utiliza el módulo CC2530 de TI. CC2530 es una verdadera solución de sistema en chip (SoC) para aplicaciones IEEE 802.15.4, ZigBee y RF4CE. Puede construir potentes nodos de red con un coste total de material muy bajo. El CC2530 combina el rendimiento de un transceptor de RF líder con la CPU 8051 mejorada estándar de la industria, memoria flash programable en el sistema, 8 KB de RAM y muchas otras potentes funciones. El CC2530 está disponible en 4 versiones diferentes de memoria flash: CC2530F32/64/128/256 (con 32/64/128/256 KB de memoria flash respectivamente). El CC 2530 tiene diferentes modos de funcionamiento, lo que lo hace especialmente adecuado para sistemas con requisitos de energía ultrabajos. Los cortos tiempos de transición entre los modos de funcionamiento garantizan además un bajo consumo de energía. CC2530 tiene un rendimiento excelente y bajo consumo de energía con función de captación previa de código, núcleo de microcontrolador 8051, memoria flash programable en el sistema de 32/64/128 KB, 8 KBRAM, capacidad de retención de datos en varios modos de suministro de energía y admite depuración de hardware, con recepción extremadamente alta. Sensibilidad y rendimiento antiinterferencias. Tiene una potencia de salida programable de hasta 4,5 dBm y requiere sólo un mínimo de componentes externos. El diagrama de bloques de la estructura del circuito de hardware se muestra en la Figura 3, en la que la unidad de control de iluminación usa el chip TPS851 y el módulo de control de temperatura usa TC77.
El chip utilizado en el módulo controlador LED es PT4115. PT4115 es una fuente de corriente constante reductora en modo de conducción de corriente de inductor continuo, que se utiliza para controlar uno o más LED en serie. El rango de voltaje de entrada del PT4115 es de 6 a 30 V y la corriente de salida es ajustable, hasta 1,2 A. Dependiendo del voltaje de entrada y los componentes externos, el PT4115 puede controlar LED de hasta decenas de W.
PT4115 tiene un interruptor de encendido incorporado, utiliza muestreo de corriente de alta gama para configurar la corriente promedio del LED y puede aceptar atenuación analógica y una amplia gama de atenuación PWM a través del pin DIM. Cuando el voltaje de DIM es inferior a 0,3 V, el interruptor de alimentación se apaga y el PT4115 entra en estado de espera con una corriente de funcionamiento extremadamente baja. El diagrama esquemático de conducción se muestra en la Figura 4. PT4115, el inductor L y la resistencia de muestreo de corriente RS forman un controlador LED de corriente constante y reductor de modo de corriente de inductor continuo autooscilante. Cuando se enciende VIN, la corriente inicial de L y RS es cero, y la corriente de salida del LED también es cero. En este momento, la salida del comparador CS es alta, el interruptor de alimentación interno está encendido y el potencial de SW es bajo. La corriente fluye desde VIN a tierra a través de L, RS, LED y el interruptor de alimentación interno. La pendiente del aumento de corriente está determinada por la caída de voltaje de VIN, L y LED. Se genera una diferencia de voltaje VCSN en RS. , CS compara La salida del dispositivo se vuelve baja, el interruptor de alimentación interno se apaga y la corriente fluye a través de L, RS, LED y el diodo Schottky (D) en otra pendiente. Cuando VIN-VCSN <85 mV, el interruptor de alimentación. se vuelve a abrir, de modo que la corriente promedio en el LED sea I. I=(0,085+0,115)/(2×RS)=0,1/RS.
La computadora host puede proporcionar claramente datos como voltaje, temperatura, número de nodo, dirección de nodo, etc. al personal, realizar control inalámbrico remoto y crear una interfaz armoniosa de interacción persona-computadora, como se muestra en Figura 7. El personal puede usar ID en la computadora host para controlar de forma remota el brillo de las luces.