一种智能LED照明系统设计*

何晓波，陈　龙，潘俊锋

(广州市光机电技术研究院，广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广东广州 510663)



一种智能LED照明系统设计*

何晓波，陈龙，潘俊锋

(广州市光机电技术研究院，广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广东广州 510663)

随着LED照明的广泛应用，人们对LED的照明效果提出了更高的要求，智能化是LED照明的发展趋势。本文提出并设计了基于蓝牙模块Core51822与LED恒流驱动芯片ILD4120的智能LED照明系统，可以用手机APP实现调色温、亮度等功能。

蓝牙模块；恒流驱动；LED调光；智能照明

LED作为一种新型光源，在迅猛发展的同时，已得到了大规模的普及应用。除了能提供巨大的节能潜力之外，LED照明的发展也越来越趋向于智能化和人性化，现在的照明产品不仅限于为人类提供照明，正逐渐超越照明本身而提供更为理想的服务。我们发现LED照明将在智能家居、智能建筑和智慧城市中扮演更加重要的角色。基于这种发展需求，本文主要结合蓝牙无线通讯技术，提出并设计了基于蓝牙芯片nRF51822和LED驱动芯片ILD4120的LED智能照明系统，实践证明系统能对LED照明实现智能控制，从而营造出健康舒适的照明环境。

1　系统方案

1.1蓝牙通讯模块

Core51822通讯蓝牙模块是基于nRF51822的蓝牙4.0模块，尺寸小巧，稳定可靠，广泛应用于可穿戴设备、RF智能射频标签、智能家用电器、工业控制、数据采集系统。nRF51822是一款为超低功耗无线应用(ULP wirelesss applications)打造的多协议单芯片解决方案。整合了Nordic一流的无线传送器，同时支持Bluetooth(R) low energy和专用的2.4 GHz协议栈[1]。原理图如图1。

图1　Core 51822原理图

nRF51822内部架构包含2.4 GHz多协议无线射频32位ARM Cortex M0处理器、128位AES硬件加密处理器、256 kB flash/32 kB RAM、可编程外设接口PPI、全功能数字接口：SPI/I2C/UART、10位ADC等单元，模块为全局独立电源管理，可以工作在1.8 V～3.6 V的电压范围。

1.2恒流驱动芯片

ILD4120是英飞凌公司生产的一款LED恒流驱动芯片，具有性能好，可靠性高等特点，ILD4120具有较宽的电压输入范围，支持降压拓扑，工作电压可以从4.5 V～40 V，驱动电流最高能达到1 200 mA，可实现高达98%的驱动效率，恒流控制误差低于3%，能采用两种不同的调光方式模拟和PWM(脉宽调制)对LED光源进行调光。除了普通的过流保护外，还具备温度保护机制，专门防止LED灯和LED驱动IC出现热过应力现象。因此，这种集成智能热保护和过流保护可以最大限度延长LED灯和LED灯具的使用寿命[2]。

图2　ILD4120内部结构框图

2　系统方案设计

2.1系统总架构

控制系统的原理框图如图3所示，首先开启手机或IPAD

等智能终端设备的蓝牙信号，打开安装好的照明管理软件发出控制信号，主控单元中的蓝牙模块接收到控制信号后交由单片机分析处理，单片机对数据及指令进行分析处理后将PWM控制信号发送给LED驱动单元，LED驱动电路对LED光源进行调光或调色温等相关照明控制。蓝牙技术已经非常成熟，在手机设备中已经普及，不会增加用户的终端成本，将蓝牙技术应用到照明控制方面，实现智能化的同时又节约了成本。

图3　系统框架图

2.2电源电路设计

系统电源部分如图4所示，供电电源采用了开关电源芯片MP2451，具有转换效率高、低能耗、纹波小、抗干扰能力强、封装面积小、外围器件少等特点，非常适用于本系统。

图4　电源电路图

2.3主控电路设计

系统主控电路如图5所示，由于Core51822内置MCU及蓝牙芯片，集成度高，方案成熟，外围接口丰富，可扩展交互式人机界面，非常适用于产品的二次开发应用。控制电路接收来自手机或IPAD等终端的蓝牙控制信号，输出PWM控制信号给LED驱动电路对LED光源进行相应控制。

图5　通信及控制电路图

2.4驱动电路设计

系统的LED驱动电路如图6所示，ILD4120接收来自控制单元的PWM调光信号，根据LED光源的灯珠数量及最大工作电流，确定驱动电路的电感值、感应电阻值等参数，实现稳定可靠的恒流驱动，加上芯片内部特有的热保护和过流保

护机制，在保证光源的照明效果同时延长光源的使用寿命。

图6　LED驱动电路图

3　结论

本文使用了无线通讯模块、LED恒流驱动芯片实现LED的智能照明管理，对系统的硬件设计做了详尽介绍，实现了智能手机等终端设备远程控制LED照明状态，将智能化照明和人性化照明完美融合。系统还具有扩展性好、体积小巧、使用便捷、兼容性好、易于升级等特点，今后还可以加入音频系统，设计数字家庭式多媒体装置，在智能家居行业中具有良好的市场应用前景。

[1]NORDIC公司.semiconductor nRF51822数据手册[Z].2013.

[2]英飞凌公司.ILD4120数据手册[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

广州市科技计划项目《广州市健康照明重点实验室》(201509010011)，广东省科技计划项目《农业生产用智慧型LED组合光源控制系统关键技术研究与推广》(2014A020208132)

何晓波(1982- )，男，江西人，工程师，本科学历，研究领域：电子技术、信息技术。

1674- 4578(2016)04- 0035- 02

TM923.34

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