无线调光系统电路设计与方案详解

　　不少终端系统厂商从目前白炽灯的市场出发，利用无线技术，完成可控硅调节白炽灯的改造。然而照明接收端的无线射频信号均为数字信号，很难实现无线调节可控硅。此报告利用零点检测电路、易能森射频模块的无线接收和延时触发，实现可控硅驱动照明的无线调节。

　　关于调光方式和无线调光的需求：

　　可控硅整流元器件通过改变输出电压的有效值来降低负载功率。其原理是将输入电压的波形通过导通角斩波，产生切相输出的电压波形。可控硅调光的工作效率高，性能稳定，适用于工作在几百豪安至十几安电流的白炽灯。通过PWM调光具有极高的精度和调光效果。接入额外的脉冲宽度调节信号，通过改变此脉冲信号占空比来调整功率场效应管的栅极控制信号，而改变导通角的大小。PWM调光最大的问题是需要控制线路。由于传统灯具只有两个电触点，如果加上PWM调光的功能，需要改变灯具设计，增加控制线，因此很难顺畅做到替换性改造。目前照明市场正在逐步完成对于照明系统可调光式、智能化的改造。无线的调光方案可以增加改造的灵活性，节省空间，并且节约控制线成本。

　　关于易能森无线射频模块和易能森联盟：

　　易能森的无线传感器、开关控制模块运用无源低功耗的理念，即无线传输信号且不需要电池电源，主要针对智能楼宇、智能家居的应用和现有楼宇的智能化改造。

　　易能森智能开关使用机械能转换电能供电方式发送射频信号。在中国采用868.3MHz频段，易能森无线射频通讯协议和设备协议的国际标准协议。在不需维护和供电的条件下，可在室内维持20-30m的传播距离。

　　

　　该协议最初由德国易能森（EnOcean）公司提出，并且成立易能森联盟（EnOcean Alliance）进行推进，目前联盟拥有超过350家成员公司，包括西门子、霍尼韦尔、施耐德、立维腾、德州仪器、ABB、通用电气、欧司朗、沃达迈、清华同方、罗姆、欧姆龙、尚飞、万可、卡莱菲、思默康、公牛、联想、华为、普天、杜亚、天溯、赛易科、中科联众，等等。

　　在智能照明领域中，易能森包含的应用包括开关、人体感应、光照度传感器等。

　　易能森无线调节可控硅照明电路详解：

　　交流过零检测电路（图1）：该电路在交流电的过零点前产生约200us的脉冲信号，并且做了光耦隔离保护。利用三极管的通断，控制输出的电平高低。当基级电压低于0.7V时，输出端为低电平。因为短脉冲在电压接近0V时触发，所以在市电条件下，仅产生200mW左右的功耗。

　　

　　图1：交流过零检测电路

　　电路图中，经过限流电阻、桥式整流电路和限压二极管，经过PNP的通断控制，并在光耦元器件前加入R4和C1为了防止电流和电压尖脉冲造成误触发。最后加入由3.3V供电的光耦隔离器件进行电气隔离，作用是保护电路后面的数字部分功能电路。

　　易能森无线接收模块（图2）：易能森TCM300是一款射频收发和8051CPU集成的SOC模块，主频为16MHz，内置32kB的Flash和2kB的SRAM。其内部的资源包括14个IO口，10-bit ADC， 8-bit DAC，UART串口通信，多路PWM输出。在睡眠模式下，消耗电流为0.2uA。在接收工作模式下，接收信号的消耗功率控制在0.1W以下。

　　

　　图2：易能森无线接收模块

　　易能森接收模块接在过零检测电路的过零信号输出之后，判断零点检测电路的下降沿中断，（在市电条件下，每一个周期会有两个过零脉冲，即每10ms一次脉冲）。每次下降沿中断后延时输出信号（延时时间为0-10ms），加入一个定时器中断，通过控制延时的时间长短，控制可控硅的导通间隔，即控制交流的相位，流程如图3所示。

　　在硬件上，增加一路学习按键和一路发光二极管用于无线配对。留出两路烧录口、检测过零点接收口和可控硅控制口。

　　

　　图3：调光软件流程