中心議題：

• 智能燈光控製器研究
• 智能燈光控製器原理

解決方案：

• 無線數傳模塊設計
• LPC2104采用16位/32位RISC結構

• 無線模塊軟件設計

1 引言

suizherenmenshenghuozhiliangdetigao，dengjuyibudanchunshishineidejibenzhaominggongju，erqieshijianzhuzhuangshideyizhongshiyongyishupin
，dangjialiyougeshigeyangdedengjuzhihou，jiangtamenjingxindidapeizaiyiqi，dadaozuishihedeqifenxiaoguoshigaopinzhishenghuodexuyao，muqiandengguangdekongzhizhuyaohaishishoudongxingshi
，zhugekongzhisuoyoudedengju，zheyangbujinmafanerqiexiaolvdixia，yebufuhexiandaishushishenghuodebiaozhun。

因此，設計一個可以便捷地控製燈光
、同時還提供場景組合等功能的智能化燈光係統不僅具有實用價值
，而且還具有廣闊的市場前景。

2 設計目標

設計一個智能化燈光控製器，安裝在家中的各個房間
，提供無線遙控、輕觸式燈光控製、場景組合、預設存儲等豐富功能。通過手持遙控器來控製住宅內所有的燈光；tongguoyaokongqishangdechangjingshezhianjian
，fangbiandishedingdengguangchangjinghexunsuqiehuan
，keyitongguomianbanshangdeqingchuanniukongzhidengguangdekaiguanheliangdu
，huozheshiduozhandengjinrumouzhongyushedechangjing
，gedengguangkongzhiqitongguoRS485的總線與家庭以太網網絡終端通信實現對燈光亮度的遠程控製和查詢。

該gai智zhi能neng化hua燈deng光guang控kong製zhi係xi統tong分fen為wei接jie收shou外wai來lai控kong製zhi信xin號hao和he執zhi行xing控kong製zhi操cao作zuo兩liang部bu分fen
，為wei了le接jie收shou控kong製zhi信xin號hao

，係xi統tong需xu具ju備bei無wu線xian接jie收shou功gong能neng和he按an鍵jian輸shu入ru麵mian板ban
，為wei了le對dui燈deng具ju執zhi行xing控kong製zhi
，需xu要yao設she計ji220V調光控製電路。

LPC2104具有豐富的外圍接口資源，並有很高的可靠性和運算速度，非常適於該係統的設計，智能燈光控製器原理如圖1所示。

3 LPC2104功能簡介

LPC2104是PHILIPS公司專為嵌入式應用提供的高性價比微控製器解決方案。它采用ARM公司的16位/32位RISC結構
，內核是ARM7TDMI-S，CPU操作頻率可達60MHz
，片上集成：具有ISP和IAP功能的128KB Flash程序存儲器、16KB靜態RAM、2個UART、1個I2C串行接口、1個SPI串行接口

，多達6路輸出的PWM、2個定時器
，分別具有4路捕獲/比較通道
、實時時鍾及看門狗定時器等，能夠與常用的外圍設備實現無縫連接

，功能強大，本文以LPC2104為核心
，設計結構簡單、性能穩定的智能燈光控製器。

4 無線數傳模塊設計

4.1 nRF401簡介

無線通信的實現有三種方案：藍牙通信
、紅外無線遙控、使用短距離無線數傳器件。對於藍牙方案
，傳輸距離和器件成本是值得考慮的問題，藍牙主要用於短距離傳輸（最多10m），且qie成cheng本ben一yi直zhi偏pian高gao。紅hong外wai傳chuan輸shu雖sui不bu用yong考kao慮lv成cheng本ben問wen題ti，但dan從cong手shou持chi設she備bei所suo能neng提ti供gong的de功gong耗hao來lai看kan，它ta能neng傳chuan輸shu的de距ju離li實shi在zai太tai近jin，隻zhi有you幾ji米mi，且qie對dui紅hong外wai發fa射she角jiao度du有you一yi定ding要yao求qiu
，存cun在zai"必須保證傳輸信息的兩個設備正對，且中間不能有障礙物"等致命的缺陷，與前兩種方案相比
，采用短距離低功耗的無線射頻器件nRF401是最佳選擇。

nRF401無線通信收發器集成了高頻發射/接收
、PLL合成、FSK調製/解調和多頻道切換等功能，在低成本數字通信應用中具有突出的技術優勢，其主要技術特點有：（1）工作在國際通用的兩個頻道：433.92MHz和434.32MHz
，無需進行頻道申請即可使用
；（2）采用DSS+PLL頻率合成技術
，外接元件僅有1個晶體振蕩器和幾個電阻電容和電感
，基本無需調試就可工作，且穩定性好
；（3）數字通信采用具有較高的抗幹擾能力的FSK調製方式，支持直接數據輸入輸出操作
，可直接與MPU的UART串行口連接；（4）有2個可選擇的工作頻道，采用半雙工工作模式
，最高數據傳輸速率可達20bk/s；（5）工作電壓為2.7V-5V，待機狀態耗電僅為8μA，能滿足低功耗設備的要求。

采用nRF401器件無需進行初始化和配置，不需要對數據進行曼徹斯特編碼，並可以使用廉價的PCB天線，無需進行複雜的射頻電路設計和調試，使產品的開發應用更為便捷。
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4.2 nRF401與LPC2104的連接

nRF401與LPC2104的連接方式有多種選擇，如GPIO、I2C、UART等，從硬件連接及通信協議最簡化的角度來看，選擇串口與無線模塊相連是最佳方案，UART1的TXD1
、RXD1分別與nRF401的DIN
、DOUT連接。nRF401與LPC2104接口電路如圖2所示。
由圖2可見，嵌入式CPU對無線模塊的控製接口主要由5根信號線組成，分別是DIN、DOUT
、TXEN、PWR_UP

、CS。其中，TXEN是發送使能端，通過對TXEN置位和複位實現發送狀態和接收狀態的切換，並通過GPIO口進行控製，PWR_UP是節能控製端，利用LPC2104的一個GPIO口對其進行編程

，實現無線模塊的工作模式和休眠狀態的切換；CS可進行頻道選擇，通過GPIO設置，可以利用LPC2104的UART1串口控製DIN、DOUT信號。

為了節能，nRF401大da多duo數shu情qing況kuang下xia應ying處chu於yu關guan閉bi狀zhuang態tai，無wu線xian部bu分fen硬ying件jian上shang是shi不bu具ju備bei自zi動dong喚huan醒xing功gong能neng的de，必bi須xu通tong過guo軟ruan件jian方fang式shi采cai用yong合he理li的de通tong信xin協xie議yi以yi保bao證zheng節jie能neng同tong時shi數shu據ju不bu丟diu失shi。

5 調光控製電路設計

采用單片機I/O口灌電流的方法控製晶閘管實現開關和調光控製。用內部帶有過零檢測電路的光電耦合器MOC3041作為晶閘管的驅動器，同時能實現強、弱電的隔離。

傳chuan統tong的de調tiao光guang方fang法fa都dou采cai用yong移yi相xiang觸chu發fa晶jing閘zha管guan
，控kong製zhi晶jing閘zha管guan的de導dao通tong角jiao來lai控kong製zhi輸shu出chu功gong率lv，不bu僅jin同tong步bu檢jian測ce電dian路lu複fu雜za，而er且qie在zai晶jing閘zha管guan導dao通tong瞬shun間jian會hui產chan生sheng高gao次ci諧xie波bo幹gan擾rao，造zao成cheng電dian網wang電dian壓ya波bo形xing畸ji變bian，影ying響xiang其qi他ta用yong電dian設she備bei和he通tong訊xun係xi統tong的de正zheng常chang工gong作zuo，本ben係xi統tong中zhong采cai用yong過guo零ling觸chu發fa晶jing閘zha管guan導dao通tong與yu關guan斷duan的de時shi間jian比bi值zhi來lai調tiao節jie燈deng具ju的de功gong率lv，由you於yu過guo零ling觸chu發fa不bu改gai變bian電dian壓ya的de波bo形xing而er隻zhi改gai變bian電dian壓ya全quan波bo通tong過guo的de次ci數shu，不bu會hui對dui電dian網wang造zao成cheng汙wu染ran
，因yin此ci，本ben係xi統tong采cai用yong過guo零ling觸chu發fa方fang式shi。

MOC3041內部含有過零檢測電路，當輸入引腳1輸入15mA的電流
，輸出端6引腳、4引腳之間的電壓稍過零時，內部雙向晶閘管導通，觸發外部晶閘管導通，當MOC3041輸入引腳輸入電流為0時，內部雙向晶閘管關斷
，從而外部晶閘管也關斷，其調光控製電路如圖3所示。

6 無線模塊軟件設計

無線模塊通過UART串口與係統相連，所以必須對UART進行初始化，LPC2104的UART串口符合RS232標準
，也支持550工業標準。

LPC2104有兩個通用的異步串行接口（UART），啟動時UART默認狀態是無法使用的

，必須通過編程GPIO寄存器來使能它們。

本係統使用UART1與nRF401進行連接
，UART1帶有調製解調器接口，16字節接收和發送FIFO。內置波特率發生器以及包含標準的調製解調器接口信號
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在使用UART1時

，先要設置TXD1、RXD1引腳連接方式，然後設置串口的波特率及工作模式，即可進行數據的發送和接收
，本係統使用11.0592MHz晶體振蕩器，不適用PLL，VPB為4分頻，設置UART1波特率為9600bit/s
，則除數值N=18


，即12H
，UART1的初始化程序如下：

在(zai)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)環(huan)境(jing)下(xia)
，係(xi)統(tong)啟(qi)動(dong)時(shi)會(hui)自(zi)動(dong)初(chu)始(shi)化(hua)串(chuan)行(xing)口(kou)，所(suo)以(yi)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)調(tiao)用(yong)串(chuan)行(xing)口(kou)資(zi)源(yuan)將(jiang)變(bian)得(de)更(geng)容(rong)易(yi)，值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)往(wang)往(wang)是(shi)多(duo)任(ren)意(yi)係(xi)統(tong)，為(wei)了(le)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)串(chuan)行(xing)口(kou)消(xiao)息(xi)，在(zai)操(cao)作(zuo)環(huan)境(jing)中(zhong)一(yi)般(ban)單(dan)開(kai)一(yi)個(ge)串(chuan)行(xing)口(kou)掃(sao)描(miao)任(ren)務(wu)
，保(bao)證(zheng)信(xin)息(xi)不(bu)丟(diu)失(shi)

，在(zai)一(yi)個(ge)已(yi)有(you)的(de)工(gong)程(cheng)文(wen)件(jian)的(de)主(zhu)函(han)數(shu)中(zhong)添(tian)加(jia)串(chuan)行(xing)口(kou)的(de)寄(ji)存(cun)器(qi)初(chu)始(shi)化(hua)代(dai)碼(ma)
，並(bing)添(tian)加(jia)串(chuan)口(kou)掃(sao)描(miao)任(ren)務(wu)，由(you)於(yu)對(dui)無(wu)線(xian)模(mo)塊(kuai)的(de)控(kong)製(zhi)還(hai)有(you)係(xi)統(tong)的(de)GPIO，所以掃描程序中還要包括對I/O的操作
，當係統收到串口信息時
，將會主動向主任務發送一個串行口信息，主任務接收到該信息將會調用響應函數，響應該消息。

7 結束語

無線通信模塊nRF401集發射
、接收於一體，大大簡化了燈光控製器設計的複雜程度，智能燈光控製器通過RS485接口很容易組網
，為實現智能家居網絡化提供了方便。