基于MSP430的LED应急照明控制器的设计

1 系统设计

重要建筑内消防应急电源EPS配备比较齐全，功率大，常作为消防电梯、报警系统、烟雾排风机系统的供电系统，因此，可作为常规、应急照明两用LED节能照明系的电源，而汽油发电机组只作为长时间停电时EPS系统电能消耗殆尽时的补充。根据系统设计的需求，结合实际情况，系统框图如图1所示。

系统包括EPS电源组件、LED照明系统和控制室内控制系统组成。EPS电源系统是系统的备用电源部分，主要功能是电能储存和电源切换;LED照明系统主要由整流滤波电路、LED驱动电路、LED灯组组成。LED恒流源电路是提供LED灯组恒定电流的驱动部分，同时还包含了有线、无线接口部分，接收来自控制室内的控制信号，调节LED灯的亮度。控制室内的控制系统包括操作面板，处理器MCU部分，以及有线、无线接口，主要是人机交互和调光控制命令输出。

2 控制器硬件设计

控制器主要安装在控制室内，通过有线、无线的方式检测每盏LED灯的工作状态，同时用按键操作来远程控制LED灯工作在低功耗、节能、应急3种工作模式、特殊场合下有远程关断操作。

以MSP430单片机为控制核心设计了系统控发送和接收端装置，如图2所示。控制器发送端主要安装在控制室内，通过操作面板实现人机交互，而接收端连接恒流源，接收发送端的控制命令，发出不同占空比的PWM信号，控制恒流源调节LED灯组，驱动LED工作在不同的状态。

CC2500是一种单片2.4 GHz收发器，通过SPI接口与MCU建立联系，MCU在开始要完成对CC2500寄存器的配置，其读写时序如图3所示。首先设置IOCFG2，IOCFG0.TX发送字节个数，包长度，发射功率等寄存器，完成对CC2500的初始化。

3 控制器软件设计

系统软件的设计主要是MSP430F2249内部的初始化和射频芯片CC2500寄存器的设置以及发射、接受数据的读写操作。调用SimpliciTI协议栈中的BSP，MRFI，NWK，NWK APPLI CATION，其中BSP是最基础的板级硬件，MCU初始化CC2500函数以及LED、按键操作函数;MRFI是属于射频接口层，提供射频芯片的选择，射频芯片的配置参数，射频芯片的驱动以及通信接口，NWK和NWK_APPLICATION是网络层和网络应用层，属于SimpliciTI协议栈的内容，包括网络的建立，网络地址的分配，网络数据帧结构、数据消息队列，数据消息处理，网络通信安全加密等一系列复杂机制，通过简单的函数调用实现了基本的硬件操作。无线收发器发送端和接收端的软件设计流程图如图4所示。

在接收端，通过开启内部定时器Timer_B，根据接受到的不同数据，调整Timer_B的计时周期，通过普通I/O口置数、复位达到输出不同占空比10%、50%、90%，使LED灯工作在低功耗、节能、应急3种工作模式。

发送端MSP430单片机向CC2500传输数据的子程序代码为：



其中msg为发送缓冲区，SMPL_Send为发送数据函数，一旦发送成功，返回SMPL_SUCCESS。

接收端调用simpliciTI协议函数，接受CC2500缓存数据的代码为：



其中msg为接收缓冲区，SMPL_Reeeive为接收数据函数，一旦接收成功，返回SMPL_SUCCESS。

4 恒流源驱动器设计

恒流源驱动器由集成运放7LM358和电源芯片8XL4016组成，如图5所示。XL4016是一个180 kHz的固定频率PWM降压DC-DC转换器，8 A电流负载，36VDC输入，输出电压值由二极管D2确定为30 V，这就限制了LED灯的串联个数。由于发光LED灯的压降每个为3.3 V，这就使得输出电压最高为3.3x9=29.7 V，基于冗余性的考虑，系统采用8个LED串联输出，即3.3×8=26.4 V。

系统采用数模转换器DAC7611，用于输出恒定的参考电压。上电后，单片机调节其输入对应数值，使DAC761输出值AOUT=1.25 V，驱动器的负载为：



由于RCS精度不足，使得输出电流与设定值3 A之间存在一定的偏差。通常情况下，调节RCS的大小，即可调节恒流源的电流。但是如果LED灯组某一个或者多个LED老化或者出现故障，就需要系统检测到并自动调节恒流源的电流，因此就需要单片机读入反馈值，调节AOUT。1 W的LED压降大约3.3 V，电流300 mA，因此有



同理可得A1～A7都为0.2 V，这就是调节AOUT的依据，一旦某个LED灯出现损坏，则整串LED都将停止工作，此时

Ao=IloadRCS=0.1 V (3)

此时，MCU读取调节Ao反馈值，调节AOUT为1 V，使Iload=2.7 A，从而保证剩下的灯亮度保持恒定。

5 结论

该系统能够为车间、候车厅、体育场馆，会议厅等大跨度空间提供一套照明解决方案，能够实现常规、应急照明的自动切换，为确保重要的生产、经营、比赛、演出、会议、办公、直播等活动的正常进行。系统具有灵活、节能、使用寿命长的特点。以MSP430为控制核心的无线控制器能够实现50 m跨度空间的无线调光，使其工作在常规、节能、应急3种模式下。