CN103369759A

CN103369759A - 一对多主从模式led照明遥控装置

Info

Publication number: CN103369759A
Application number: CN2012100812715A
Authority: CN
Inventors: 许祝; 陈军
Original assignee: CHONGQING RUISHENG KANGBO ELECTRICAL Co Ltd
Current assignee: CHONGQING RUISHENG KANGBO ELECTRICAL Co Ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-23

Abstract

一对多主从模式LED照明遥控装置不仅仅实现了LED灯具的遥控功能，主机与分机之间的数据通信采用一对多的主从模式，主机(遥控器)负责发送分机(即LED灯具)地址、控制命令及调度，分机则负责根据主机的要求执行命令和返回数据。由于发送和接收共用同一物理信道，因此在任意时刻只允许一台分机处于发送状态。只有被主机呼叫的分机才能占用总线，对主机作出应答。所以只需使用一个遥控开关，就可同时控制多个LED灯具，可以单独开启或关闭某个LED灯具，可以单独对某个LED灯具进行调光，LED灯具无线遥控接收装置与电源驱动器内置于LED灯具装置使得本系统的整体安装更加便利，结构更简单。

Description

一对多主从模式LED照明遥控装置

技术领域

本发明是有关于一种可无线遥控的LED灯组及其控制方法，具体地说是采用一对多的主从模式无线传输讯号方式进行控制的LED灯组及其控制方法。涉及LED照明技术，特别涉及一种可遥控的LED照明灯具系统。

背景技术

LED灯由于具有发光效率高，功耗小等特点，己成为照明领域重点发展的技术。LED灯具较传统灯具来说具有色彩与亮度更容易满足个性化调光需求的特点。但LED灯用于家庭照明时，一般情况下只能控制电源通断，调光和色彩调节等特性都没有发挥出来。在应用于照明空间比较大的场合时，由于单个LED的亮度有限，这时就需要使用多个LED灯具，一般是将各个LED灯具布置在一起，或者布置在空间的不同区域以使整个空问的亮度更均匀。但是，由于现有当中的LED灯具一般使用单独的电源开关来进行控制，若需要布置多个LED灯具，则需要布置相应多个电源开关，或者是布置一个总开关以串联或并联所有的LED灯具。当采用串联方式时，所有LED灯具就同时亮或同时不亮，而且需要单独布置多个开关，增加成本的同时也使得安装极其繁琐。而采用并联方式时，则该总开关可以分解成相应数量的子开关，每个子开关分别串联一个LED灯具。同时，现有应用于控制LED灯具的开关，均为手动开关需要人手操作，从而给用户带来很大的不便。现有应用于灯具(包括LED灯具)的遥控开关，一般采用点对点控制不能控制多个灯具，不能变光调色，已适应不了现实生活的实际需要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可遥控的LED照明灯具系统，本LED照明灯具系统不仅实现了LED灯具的遥控功能，而且只需使用一个主机（遥控器），就可同时控制多个分机（LED灯具），同时可以实现对多个LED灯具的调光，从而大大节省了成本使得整个系统安装极其方便。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的:图1为LED照明无线组网及遥控装置总体框图，从总框图中可以看到可遥控的LED照明灯具系统由主机包括键盘⑴、显示屏⑸、无线信号收发器⑶、单片机⑵和充电电池⑷组成；所述分机⒀由多个带有无线收发装置的LED灯具组成，包括有无线通讯模块⑹、单片机控制解码模块⑺、执行器模块⑻、电源适配器⑽、LED灯具电源驱动器⑿、LED灯具⑼及继电器触点⑾相连接。

图2所示为LED照明无线组网及遥控装置主机(遥控器)示意图，在示意图中可以看到有打开键、关闭键、分机选择键以及调光+键和调光-键及简单的图形显示。

上述一对多主从模式LED照明遥控装置的工作原理如下:主控机是整个系统的最上层，负责控制和管理系统中的通信，首先用按键输人信号，送到单片机进行初步处理，对要传输的信号进行编码，然后利用无线数据传输芯片通过无线方式将有效数据发送给带有无线收发装置的LED灯具分机，LED灯具分机收发器在接收到有效数据后经单片机处理后将数据送入执行器或电源驱动器。系统为了满足安全可靠，有足够抗干扰能力，经济合理，方便使用的设计要求，采用了模块化设计思想。采用模块化设计可以使系统结构清晰，不仅容易设计也容易管理和修改，方便系统测试和调试，有助于提高系统的可靠性和可修改性，同时，模块化设计也有助于系统开发的组织管理。基于上述模块化思想，现将LED灯具接收端系统分为以下3个模块。

①无线通信模块;② 单片机数据采集解码模块;③执行器模块。

用户在遥控器的键盘进行操作，单片机将按键信号进行编码，加入具体的按键标识信息，然后将编码后的电信号由无线信号发射器转化为无线信号发射出去。

接收开关装置的无线信号接收器接收遥控器传来的无线信号，并转化为电信号传给单片机进行解码，解释出具体的按键标识信息，然后将解码后的电信号分析的结果进行操作。

操作流程如下：

1、首先用户按下分机选择键，分机选择键由数字1-9组成用于选择相应分机，被选中的分机则输出控制信号给相应的分机执行器使其从休眠状态进入工作状态；

2、如果按键标识信息显示用户是按下开键，则输出开启控制信号给已经选中分机，执行器动作使继电器吸合接通交流电源开启LED电源驱动器，LED灯具点亮;

3、如果按键标识信息显示用户是按下关键，则输出关闭控制信号给已经选中分机，执行器动作使继电器释放关断交流电源，使得LED电源驱动器无输入，LED灯具熄灭;

4、如果按键标识信息显示用户是按下+键，则输出控制信号输出PWM波形控制已经选中分机的LED电源驱动器，执行将光源调亮；

5、如果按键标识信息显示用户是按下-键，则输出控制信号输出PWM波形控制已经选中分机的LED电源驱动器，执行将光源调暗。

与现有技术相比，本发明的优点在于:

采用一对多主从模式LED照明遥控装置不仅仅实现了LED灯具的遥控功能，主机与分机之间的数据通信采用一对多的主从模式，主机(遥控器)负责发送分机(即LED灯具)地址、控制命令及调度，分机则负责根据主机的要求执行命令和返回数据。主机(遥控器)与分机(即LED灯具)之间的信息交换通过串行通信实现。在采用主从式多机串行通信系统中，分机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。由于发送和接收共用同一物理信道，因此在任意时刻只允许一台分机处于发送状态。只有被主机呼叫的分机才能占用总线，对主机作出应答。所以只需使用一个遥控开关，就可同时控制多个LED灯具，具体是可以单独开启或关闭某个LED灯具，可以单独对某个LED灯具进行调光，LED灯具无线遥控接收装置与电源驱动器内置于LED灯具装置使得本系统的整体安装更加便利，结构更简单。

附图说明

图1所示为LED照明无线组网及遥控装置总体框图

图2所示为LED照明无线组网及遥控装置主机(遥控器)示意图

图3所示为LED照明无线组网及遥控装置主机(遥控器)电路原理图

图4所示为LED照明无线组网及遥控装置分机电路原理图

图5所示为LED照明无线组网及遥控装置软件帧格式图

图6所示为LED照明无线组网及遥控装置主程序流程图

图7所示为LED照明无线组网及遥控装置串口中断服务主程序流程图

图8所示为LED照明无线组网及遥控装置外部中断子程序流程图。

具体实施方式

有关本发明之前述及其它技术内容与特点，在以下配合参考附图作一详细说明。

参阅图3，为本发明实施主机(遥控器)电路原理图，在图3中无线射频模块IC1采用挪威Nordic公司推出的nRF401无线收发芯片。该芯片使433MHz ISM频段，是真正的单片UHF无线收发一体芯片，它在一个20脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等，是目前集成度最高的无线数传产品。无线射频模块采用在板差分环形天线，天线端口的负载阻抗为380Ω。

在图3中IC2是单片机W77E58，它的速度快，工作频率可扩展到40MHz，使用与8051/52同样的晶振运行时间比8052快2.5倍，它自带两个UART串口，串口1用于与无线收发模块通信，串口0可用于与外部的串口设备通信。

图3中ANT1、ANT2是天线口输出至印制天线，ＣTa、ＣTb为天线回路的谐振电容，ＲT用于适当降低天线回路的Ｑ值。单片机W77E58用以控制nRF40l的收发状态、完成编解码等工作。当有按键按下时，W77E58接收到输入的低电平信号，此时从W77E58的4脚送出高电平至nRF40l的19脚，使nRF40l进入发射状态；无键按下时为接收状态。此时W77E58的4脚送出低电平，使nRF40l进入接收状态，在nRF40l与W77E58单片机接口中。nRF401电路的工作模式由19脚TXEN控制，19脚为高电平时发送数据、为低电平时接收数据。发送时，信号从W77E58单片机2脚串口TXD(P1．3)输送给nRF401的9脚DIN端口的二进制串行数据被调制后通过天线发射出去；接收时，信号从天线接收转换为二进制串行数后，通过nRF401的10脚DOUT输送给W77E58单片机3脚串口RXD(P1．2)。nRF401芯片12脚CS=0工作于433．92 MHz频段，CS=1工作频段为434．33 MHz；18脚PWR_UP低功耗控制，为高电平时，处于工作状态；为低电平时，处于待机状态。

nRF401的引脚如图3所示，

其中CS（12脚）：频道选择，

CS=0 选择工作频道1，即433.92 MHz;CS=1选择工作频道2(即434.33 MHz)，CS连接W77LE58的6脚;

　　Dout（10脚）：数据输出，连接W77LE58串口RXD;

　　Din（9脚）：数据输入，连接W77LE58串口TXD;

　　PWR-UP（18脚）：节能控制，PWR-UP=1正常工作状态；PWR-UP=0 低功耗节能状态；它连接W77LE58的5脚;

　　TXEN（19脚）：发射接收控制，TXEN=1时，nRF401为发射状态。TXEN=0时，nRF401为接收状态，它连接W77LE58的4脚。

遥控器硬件电路的设计要点如下：

（1）射频电路对于电源噪声相当敏感，必须采用星形布线的方法使数字部分和RF部分有各自的电源线路，并且应在靠近集成电路电源引脚处分别去耦；

（2）外接VCO电感应选用高频电感，Q＞45，精度为2％，电感的精度对无线通信的距离有较大的影响。VCO电感连线应与其他控制线保持一定的距离，应避免数字控制线从电感引脚之间经过，并且应该使VCO电感元件的中心距离nRF401的VCO1，VCO2引脚焊盘的中心5 mm左右，电感元件的选择与布局很重要，是设计成败的关键点。

图4所示为LED照明无线组网及遥控装置分机电路原理图，分机系统由无线通讯模块、单片机数据采集解码模块、执行器模块和电源适配器组成。无线通讯模块中无线收发器(A1)采用nRF401，单片机数据采集解码模块中单片机（A2）采用W78E365，nRF401的CS（12脚）连接W78E365的6脚; nRF401的Dout数据输出（10脚）连接W78E365的10脚串口RXD；nRF401的　Din（9脚）：数据输入连接W78E365串口TXD（2脚）; PWR-UP（18脚）节能控制连接W78E365（5脚）; nRF401的TXEN（19脚）：发射接收控制，TXEN=1时，nRF401为发射状态。TXEN=0时，nRF401为接收状态，它连接W78E365的11脚。工作原理与图3主机(遥控器)电路基本一样，在这里需要说明不一样的地方。

单片机W78E365的38脚通过电阻R4与晶体管Q1基极相连，Q1集电极接有继电器J，继电器J的一对常开触点一端与市电220VAC相连，另一端与LED电源驱动器相连；当主机（遥控器）通过按键选通了该分机后，按下按键“ON”后单片机（A2）W78E365的38脚输出高电平使得晶体管Q1导通，继电器J动作其常开触点J-1和J-2闭合，市电通过J-1和J-2加到LED电源驱动器使其工作，输出电压驱动LED灯具发光。

按下按键“OFF”后单片机（A2）W78E365的38脚输出低电平使得晶体管Q1截止，继电器J失电其常开触点J-1和J-2打开，市电无法通过J-1和J-2加到LED电源驱动器，无输出电压驱动LED灯具发光。

单片机（A2）W78E365的34脚是PWM输出端，它连接到LED电源驱动器上面，当按下按键“+”和“-”后34脚输出PWM调光信号控制LED电源驱动器输出功率的大小，达到遥控调光的目的。

市电220CAC通过电源适配器给无线收发器(A1) nRF401、单片机（A2）W78E365和继电器等提供直流工作电压。

在无线通信的过程中，由于外部环境的干扰，通常误码率比较高，即使发射方不发送数据，接收方仍会经常接收到由于外部干扰而产生的乱数据，为了在接收的过程中区分接收到的数据是否为有效数据，必须要有一定的通信协议。

无线数据通信系统的软件设计

根据单片机串行口的多机通信能力，多机通信可以按以下协议进行:

1、首先使所有分机置SM2=1，处于只接收地址帧监听状态;

2、主机先发送一地址帧信息，并令第九位TB8=1，表示发送的是地址;

3、分机接收到地址帧后，各自将接收地址与本机地址相比较，相同则使SM2=0，以接收主机随后发来的数据;不同则SM2仍为1不变，对主机随后发来的数据不予理睬；

4、分机向主机回送本机地址，主机接收到后，与原发送地址相比较，相同则置TB8=0，正式发送数据信息，否则重新联络。由于主机TB8=0，选中的分机必有SM2=O,RB8=0，接收到数据帧后，置RI=1（RI为串行口接收中断请求标志位: 当接收完一帧串行数据后，由硬件置1；在转向中断服务程序后，用软件清0。），数据送入SBUF(串行口中的缓冲寄存器),而未被选中分机，由于SM2=1,RB8=0, RI不置位，信息丢失。主机通过无线收发控制器发送给分机的数据分两种:地址帧和命令帧:分机上传的只有数据帧，帧格式如图5所示。启、停位各占1位，数据位7位。其中第九位是SCON中的TB8，它是多机通信时发送地址位(TB8=1)和数据位((TB8=0)的标志。地址帧DO-D7全为地址位，编号为OOH-FFH，即网络中最多可有256台分机。命令帧D4-D7为命令类别编号，最多可安排16条不同指令;DO-D3为执行通道号，最多可有15个执行通道，编号为O1H-FFH，另外编号OOH表示对所有通道执行相同命令。对于后两条命令DO-D3无效。

5、两个串口的数据发送均采用查询方式，数据接收均使用TI中断方式(TI为串行口发送中断请求标志位: 当发送完一帧串行数据后，由硬件置1；在转向中断服务程序后，用软件清0。)；

6、单片机上电后，首先对系统和串口进行初始化，然后单片机进入待机模式，直到两个串口中的一个发生中断硬转为工作模式，处理中断程序。

每台分机均分配有一个唯一的分机地址。主机与分机通信时，主机先呼叫某分机地址，唤醒被叫分机后，主、从两机之间进行数据交换，而未被呼叫的分机则继续处于等待状态。主机发送的信息可以传到多个分机或指定的分机，各分机发送的信息只能被主机接收。为了完成上述功能需通过设置单片机的串口控制寄存器SCON来予以实现, 单元地址为98H，位地址为98H～9FH。

图6所示为LED照明无线组网及遥控装置主程序流程图，图7所示为LED照明无线组网及遥控装置串口中断服务主程序流程图，图8所示为LED照明无线组网及遥控装置外部中断子程序流程图，软件采用C语言编制。

Claims

1.一对多主从模式LED照明遥控装置，其特征在于: 采用一对多的主从模式无线传输讯号方式进行控制，只需使用一个主机（遥控器），就可同时控制多个分机（LED灯具），同时可以实现对多个LED灯具的调光，装置包括主机和多个分机组成。

2.根据权利要求1所述的可遥控的LED照明灯具系统所述主机包括键盘⑴、显示屏⑸、无线信号收发器⑶、单片机⑵和充电电池⑷组成；所述分机⒀由多个带有无线收发装置的LED灯具组成，包括有无线通讯模块⑹、单片机控制解码模块⑺、执行器模块⑻、电源适配器⑽、LED灯具电源驱动器⑿、LED灯具⑼及继电器触点⑾相连接。

3.根据权利要求1所述的可遥控的LED照明灯具系统，其特征在于:所述键盘设置有:

打开键、关闭键、分机选择键以及调光+键和调光-键。