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基于小型MCU的LED照明的色彩控制

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   在大趋势下,LED用于通用照明指日可下。LED在通用照明中优势许多,如寿数更长以及功率更高。但是, LED技能还面临着一些应战。其间一个应战即是怎么发生高质量的白光。白光LED的构成包含了蓝光LED和能将光输出移至光谱的其他波段的一种荧光粉。许多白光LED都无法发生高显色指数(Color Rendering Index,CRI),该参数用于衡量光源实在重现颜色的才干。

  经过混合两种或两种以上颜色的LED光,可以取得质量更高的白光体系。在这些多色体系中,每种色源的光输出会随时刻和温度而漂移。光传感器和小型单片机(MCU)可用于保持特定颜色和相关色温(CorrELated Color Temperature,CCT)。在本文中,咱们将进一步知道传感器、所需MCU资源和软件。
  目前市场上有许多经济实惠的小型光传感器,它们可以向MCU供给用于处置的信息。典型地,传感器具有一些可选的颜色过滤器,用于丈量红光、绿光、蓝光或白光 (无过滤器)。光传感器输出接口可经过一系列的办法与MCU衔接。光转电压传感器经过输出电压与模数转换器(ADC)相连。光转频率传感器供给变频输出, 输出频率与光的量成正比。这些传感器的脉冲输出可以在MCU定时器中进行累加,以断定光照等级。光转数字传感器一般具有串行数字接口,例如I2C。每品种 型的传感器接口都具有共同的长处,且需求不一样的MCU资源。图1所示的体系框图给出了多种MCU外设,它们在颜色可调的LED照明描绘中非常有用。

  在完好的闭环颜色操控体系中,MCU有必要读取来自光传感器的颜色成分,校准光传感器输出,并经过调理各个LED驱动器的输出取得想要的颜色。LED需求运用恒流驱动器来保持光输 出的共同性。这可以运用各种驱动器技能完结,这些技能包含线性和开关形式解决方案。结尾的挑选取决于比如功率需求、输入电压规模和所用LED数量等要素。

  驱动器输出可以运用不一样的办法来操控。首要,MCU可以经过数模转换器(DAC)或数字电位计来发生模仿参阅电压。参阅电压可以使驱动器输出在零至最大电流 之间改变。MCU还可以供给用于调制驱动器输出的PWM信号。PWM信号可用于使能/制止驱动器自身,或许用于操控将LED与驱动器输出断开的开关。若是 运用PWM操控,则挑选的PWM频率要足够高,这样人眼才干发觉不到任何闪耀。

  描绘人员有必要断定颜色操控体系需求的操控分辨率需求到达何种程度,以便挑选具有相应外设的MCU。关于光转电压传感器,MCU上ADC的丈量分辨率很重要。光转频率传感器需求一个经过外部时钟完结递加的MCU时基。光转数字传感器需求相应的串行通讯接口外设。
 带多个PWM外设的MCU可用于操控各个LED驱动器。在高分辨率颜色操控体系中,优选具有16位或更高操控分辨率的PWM外设。串行通讯外设(如UART、SPI、I2C、LIN和USB等)撑持输入/输出操控和显现功用。

  对颜色操控体系来说,PIC24FJ16GA002(见图2)之类的MCU器材是上佳之选。PIC24器材具有28引脚的小尺度封装,程序存储器规模为16 至64 KB,并且在单个器材中供给了串行通讯接口、10位ADC和5个PWM通道。16位MCU内核可以轻松地处置与传感器校准和颜色操控有关的算术运算。

  传感器数据输出有必要依据参阅电压进行校准,以供给共同的成果。校准进程运用色度计来将不一样颜色LED的输出与光谱呼应和光传感器的灵敏度在规范色度坐标系中 进行数学相关。校准进程会生成一个系数矩阵,它有必要随照明体系存储在非易失性存储器中,并在操控体系的每次操控中用于断定相关和所需输出之间的差。
  完结校准后,MCU可以将传感器数据与抱负的CIE(国际照明委员会)色度图坐标进行比拟,并对输出通道进行调理,直到得到抱负的CCT停止。每个输出通道 的PID操控算法会运用校准值调理传感器数据,求得与方针设置点的差,然后调理输出通道。为了减小差错,PID会不断运转,直到输出CCT与设置点CCT 匹配停止。PID系数可以进行微调,以最大程度优化体系呼应,但PID算法收敛至方针CCT的快慢也是MCU处置算术运算功率的函数。一些颜色操控体系可 能需求比其他体系更快的处置速度和呼应速度。例如,通用照明体系的需求要比HDTV面板的部分调光体系低。

  光源可调或具有高 CRI的体系有一系列的用户操控需求。带图形LCD显现屏的医疗设备可以具有可调的LED背光(它需求MCU经过SPI与LCD进行通讯),以及用于调理 CCT和亮度的触摸屏界面。商用显现设备的通用照明可以需求经过中心面板或计算机进行操控,以依据一天中的各个时段主动调理亮度、CCT和开/关。这些设 备之间的通讯可以运用硬连线串行总线协议(例如DALI或DMX512)完结,而其他一些设备可以需求运用经过USB或以太网完结的自定义接口。在已竣工 的建筑物中,装置硬连线根底布局可以不可,需求经过无线通讯和协议(例如ZigBee)进行操控。关于此类照明使用,带有灵敏外设的MCU是完结通讯和用 户界面的抱负之选。

  蜡烛、煤油灯和白炽灯等光源技能替代了它们之前的技能,进而提高了大家的日子质量。估计LED光源比其他一切的光源技能非常好地丰厚咱们的日子。LED具有能效高、尺度小、便携、经用和寿数长等长处。选用小型MCU进行操控的多色LED可以调理光输出,供给合适照明空间的舒服光照。MCU可以智能地操控驱动器电路(使能效最大)、监督一些状况,以及最大程度提高能效和平均寿数。 MCU颜色操控LED照明体系将使大家可以用不一样的眼“光”看国际。
    本文章由澳镭照明电器收拾发布,澳镭照明官方网站:www.aooled.com
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