無線調(diào)光系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與方案詳解

　　不少終端系統(tǒng)廠商從目前白熾燈的市場出發(fā)，利用無線技術(shù)，完成可控硅調(diào)節(jié)白熾燈的改造。然而照明接收端的無線射頻信號均為數(shù)字信號，很難實(shí)現(xiàn)無線調(diào)節(jié)可控硅。此報(bào)告利用零點(diǎn)檢測電路、易能森射頻模塊的無線接收和延時觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)可控硅驅(qū)動照明的無線調(diào)節(jié)。

　　關(guān)于調(diào)光方式和無線調(diào)光的需求：

　　可控硅整流元器件通過改變輸出電壓的有效值來降低負(fù)載功率。其原理是將輸入電壓的波形通過導(dǎo)通角斬波，產(chǎn)生切相輸出的電壓波形。可控硅調(diào)光的工作效率高，性能穩(wěn)定，適用于工作在幾百豪安至十幾安電流的白熾燈。通過PWM調(diào)光具有極高的精度和調(diào)光效果。接入額外的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號，通過改變此脈沖信號占空比來調(diào)整功率場效應(yīng)管的柵極控制信號，而改變導(dǎo)通角的大小。PWM調(diào)光最大的問題是需要控制線路。由于傳統(tǒng)燈具只有兩個電觸點(diǎn)，如果加上PWM調(diào)光的功能，需要改變燈具設(shè)計(jì)，增加控制線，因此很難順暢做到替換性改造。目前照明市場正在逐步完成對于照明系統(tǒng)可調(diào)光式、智能化的改造。無線的調(diào)光方案可以增加改造的靈活性，節(jié)省空間，并且節(jié)約控制線成本。

　　關(guān)于易能森無線射頻模塊和易能森聯(lián)盟：

　　易能森的無線傳感器、開關(guān)控制模塊運(yùn)用無源低功耗的理念，即無線傳輸信號且不需要電池電源，主要針對智能樓宇、智能家居的應(yīng)用和現(xiàn)有樓宇的智能化改造。

　　易能森智能開關(guān)使用機(jī)械能轉(zhuǎn)換電能供電方式發(fā)送射頻信號。在中國采用868.3MHz頻段，易能森無線射頻通訊協(xié)議和設(shè)備協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在不需維護(hù)和供電的條件下，可在室內(nèi)維持20-30m的傳播距離。

　　該協(xié)議最初由德國易能森（EnOcean）公司提出，并且成立易能森聯(lián)盟（EnOcean Alliance）進(jìn)行推進(jìn)，目前聯(lián)盟擁有超過350家成員公司，包括西門子、霍尼韋爾、施耐德、立維騰、德州儀器、ABB、通用電氣、歐司朗、沃達(dá)邁、清華同方、羅姆、歐姆龍、尚飛、萬可、卡萊菲、思默康、公牛、聯(lián)想、華為、普天、杜亞、天溯、賽易科、中科聯(lián)眾，等等。

　　在智能照明領(lǐng)域中，易能森包含的應(yīng)用包括開關(guān)、人體感應(yīng)、光照度傳感器等。

　　易能森無線調(diào)節(jié)可控硅照明電路詳解：

　　交流過零檢測電路（圖1）：該電路在交流電的過零點(diǎn)前產(chǎn)生約200us的脈沖信號，并且做了光耦隔離保護(hù)。利用三極管的通斷，控制輸出的電平高低。當(dāng)基級電壓低于0.7V時，輸出端為低電平。因?yàn)槎堂}沖在電壓接近0V時觸發(fā)，所以在市電條件下，僅產(chǎn)生200mW左右的功耗。

　　圖1：交流過零檢測電路

　　電路圖中，經(jīng)過限流電阻、橋式整流電路和限壓二極管，經(jīng)過PNP的通斷控制，并在光耦元器件前加入R4和C1為了防止電流和電壓尖脈沖造成誤觸發(fā)。最后加入由3.3V供電的光耦隔離器件進(jìn)行電氣隔離，作用是保護(hù)電路后面的數(shù)字部分功能電路。

　　易能森無線接收模塊（圖2）：易能森TCM300是一款射頻收發(fā)和8051CPU集成的SOC模塊，主頻為16MHz，內(nèi)置32kB的Flash和2kB的SRAM。其內(nèi)部的資源包括14個IO口，10-bit ADC， 8-bit DAC，UART串口通信，多路PWM輸出。在睡眠模式下，消耗電流為0.2uA。在接收工作模式下，接收信號的消耗功率控制在0.1W以下。

　　圖2：易能森無線接收模塊

　　易能森接收模塊接在過零檢測電路的過零信號輸出之后，判斷零點(diǎn)檢測電路的下降沿中斷，（在市電條件下，每一個周期會有兩個過零脈沖，即每10ms一次脈沖）。每次下降沿中斷后延時輸出信號（延時時間為0-10ms），加入一個定時器中斷，通過控制延時的時間長短，控制可控硅的導(dǎo)通間隔，即控制交流的相位，流程如圖3所示。

　　在硬件上，增加一路學(xué)習(xí)按鍵和一路發(fā)光二極管用于無線配對。留出兩路燒錄口、檢測過零點(diǎn)接收口和可控硅控制口。

　　圖3：調(diào)光軟件流程