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基于小型MCU的LED照明的色彩控制方案

基于小型MCU的LED照明的色彩控制方案
来源:我爱方案网 时间:2013-12-17

【导读】LED在通用照明中优势很多,如寿命更长以及效率更高。然而, LED技术还面临着一些挑战,其中一个挑战就是如何产生高品质的白光。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都无法产生高显色指数(CRI),该参数用于衡量光源真实重现色彩的能力。

通过混合两种或两种以上颜色的LED光,可以获得品质更高的白光系统。在这些多色系统中,每种色源的光输出会随时间和温度而漂移。光传感器和小型单片机 (MCU)可用于维持特定颜色和相关色温(CorrELated Color Temperature,CCT)。在本文中,我们将进一步了解传感器、所需MCU资源和软件。


图1 LED色控系统方案

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提供用于处理的信息。典型地,传感器具有一些可选的颜色过滤器,用于测量红光、绿光、蓝光或白光 (无过滤器)。光传感器输出接口可通过一系列的方法与MCU连接。光转电压传感器通过输出电压与 模数转换 器(ADC)相连。光转频率传感器提供变频输出, 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,以确定光照级别。光转数字传感器通常具有串行数字接口,例如I2C。每种类 型的传感器接口都具有独特的优点,且需要不同的MCU资源。图1所示的系统框图给出了多种MCU外设,它们在颜色可调的LED照明设计中非常有用。

对色彩控制系统来说,PIC24FJ16GA002(见图2)之类的MCU器件是上佳之选。PIC24器件具有28引脚的小尺寸封装,程序存储器范围为 16 至64 KB,并且在单个器件中提供了串行通信接口、10位ADC和5个PWM通道。16位MCU内核可以轻松地处理与传感器校准和色彩控制有关的算术运算。

传感器数据输出必须根据参考电压进行校准,以提供一致的结果。校准过程使用色度计来将不同颜色LED的输出与光谱响应和光传感器的灵敏度在标准色度坐标系中 进行数学关联。校准过程会生成一个系数矩阵,它必须随照明系统存储在非易失性存储器中,并在控制系统的每次控制中用于确定关联和所需输出之间的差。


完成校准后,MCU可以将传感器数据与理想的CIE(国际照明委员会)色度图坐标进行比较,并对输出通道进行调节,直到得到理想的CCT为止。每个输出通道 的PID控制算法会使用校准值调节传感器数据,求得与目标设置点的差,然后调节输出通道。为了减小误差,PID会不断运行,直到输出CCT与设置点CCT 匹配为止。PID系数可以进行微调,以程度优化系统响应,但PID算法收敛至目标CCT的快慢也是MCU处理算术运算效率的函数。一些色彩控制系统可 能需要比其他系统更快的处理速度和响应速度。例如,通用照明系统的要求要比HDTV面板的局部调光系统低。

蜡烛、煤油灯和白炽灯等光源技术取代了它们之前的技术,进而提高了人们的生活质量。预计LED光源比其他所有的光源技术更好地丰富我们的生活。LED具有能效高、尺寸小、便携、耐用和寿命长等优点。采用小型MCU进行控制的多色LED可以调节光输出,提供适合照明空间的舒适光照。MCU可以智能地控制驱动器电路(使能效)、监视一些情况,以及程度提高能效和平均寿命。 MCU色彩控制LED照明系统将使人们能够用不同的眼“光”看世界。

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