基于WiFi的七色LED調光控制電路

浙江金緣光電有限公司 金亦君 張曉明 范維均

為了滿足人們在各種場合對智能化照明的需求，本文基于Wi-Fi模塊和STM32單片機設計了一種七色LED混合光源的智能調光驅動控制電路，可以通過智能終端App與Wi-Fi模塊通信來控制七色混合LED光源的調光調色，并且具有遠程調光功能。驅動電源采用MPS公司的MP3370芯片，可實現數字調光功能。最后給出了實驗波形，驗證了該控制電路在實際應用中的可行性。

隨著人們生活質量的不斷提高，對LED照明也提出了新的需求，即越來越重視LED照明的質量和智能化，促使LED照明朝智能化快速發展并將具有非常廣闊的市場應用前景。采用智能LED照明控制方式，可以將智能手機或平板電腦上安裝的調光App與LED燈具進行互聯，通過操作智能終端的調光App即可實現LED照明的遠程化控制，使LED燈具具備遠程開關、調光、調色以及調功率等智能功能，為人們的照明生活帶來新體驗。要實現遠程智能調光控制，LED的驅動控制電路一般應包括：具有數字調光接口的LED驅動電源、基于MCU的主控電路以及無線通信模塊。

圖1 基于MP3370的Boost電路

1 系統總體方案

本文所設計的LED燈具智能驅動控制系統采用STM32單片機作為主控芯片，負責系統的控制功能：根據色溫和亮度的系統設定值，通過接收來自溫度、色度反饋電路的反饋信號，并根據反饋信號進行PWM控制信號的調節，為各單色光源DC-DC電路提供合適的PWM控制信號。在驅動控制電路中嵌入通信模塊，并根據LED燈具的應用場景選擇相對應的通信方式，無線方式擬采用WiFi模塊，有線方式則可采用直流載波模塊。通信模塊與采用Cortex-M3內核的STM32主控芯片通過串口進行數據傳送，WiFi模塊可通過TCP/IP協議連接服務器，然后接收手機APP發送來的數據，識別后通過STM32芯片輸出相對應的PWM信號來控制LED燈具的色度和亮度，實現LED燈具的物聯網控制與管理。直流載波模塊通過直流母線與照明管理平臺通信，并通過在燈具端的DC-DC電源內置解碼單元，解析照明管理平臺終端發出的調光指令，調節其輸出電流，從而實現LED燈具的遠程監控與控制。

2 LED驅動控制電路設計

本方案的驅動電路采用具有數字調光接口的DC-DC升壓電路，控制模塊基于STM32單片機并擴展WiFi模塊。七路獨立控制的DC-DC升壓電路分別給七色獨立光源提供恒定的電流，其中每路的電流值都可以調整設置，也即每路DC-DC升壓電路都可獨立完成數字調光功能。通過智能終端安裝的調光App實現七色混合LED光源的調光調色功能。

2.1 Boost電路設計

MP3370是一款頻率可調Boost恒流變換器的芯片，專門用于驅動LED，芯片內部自帶一個MOS管。芯片輸入電壓范圍為3.5V到36V，大于3A的負載驅動能力，效率高，可用于PWM調光。具體實現的電路原理圖如圖1所示。

圖2 WiFi模塊的接口電路

2.2 無線通信控制電路

圖3 MP3370芯片端的關鍵波形

圖4 可輸出任意占空比組合的PWM波形

無線通信采用WiFi模式，即通過無線路由器將LED照明系統和手機等智能終端進行互聯。智能手機或其他終端通過操作調光App，發送調光命令到云服務器，服務器接收來自智能終端App的命令并通過WiFi模塊轉發到LED燈具終端，通過MCU解碼即可實現七色LED混合光源的智能調光調色等功能。WiFi模塊的接口電路如圖2所示。

3 實驗結果

為驗證該驅動控制電路的可行性，本文設計了一款樣機。其中，輸入直流電壓24V，輸出30-38V，每通道的額定電流為150mA。通過STM32單片機的PA6、PA7、PA8、PB0、PB1、PB8和PB9七個I/O口產生七路調光PWM信號，分別接入七路Boost電路的數字調光接口，實現七色LED混合光源的智能驅動。

圖3(a)所示的為電源驅動芯片MP3370端的三個關鍵波形，最上面的是用于調光的PWM波形，中間的是芯片8端的SW波形，由于電源采用高頻工作，所以在一個調光周期內，芯片內置的MOSFET不斷在重復開關工作，為便于分析，圖3(b)示出了其在一個調光周期內經放大后的波形。最下面的是與該通道相對應的LED電流波形。由于實驗室現有示波器一次最多只能測量四路波形，因此圖4僅示出了四個通道的PWM波形。手機App發出控制指令，經WiFi模塊接收并由單片機接產生對應占空比的PWM波形，圖4(a)產生相同占空比的PWM波形，圖4(b)則示出了可產生任意占空比組合的PWM波形。

4 結論

本文基于STM32單片機和WiFi模塊，開發設計了具備數字調光接口的多路獨立七色LED調光控制電路。只需通過智能終端App調節七路光源的電流占空比即調光PWM信號的占空比，即可實現LED燈具的調光調色功能。該驅動控制電路結構簡單，易實現，可有效克服傳統照明系統中機械開關使用不便和LED燈具亮度、色度調節不靈活等缺陷，具有很好的推廣應用價值。