隨著LED的功率和亮度不斷增加，價(jià)格持續(xù)下降,，LED在燈光照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍普及。但是就目前的亮度和價(jià)格而言,，LED要替代白枳燈還有很長的路要走,，現(xiàn)在LED在照明領(lǐng)域的優(yōu)勢在于它們色彩可變，純正和高可靠性,。因此,，娛樂場所，商業(yè)展示,，城市景觀照明將是LED在照明領(lǐng)域的主要應(yīng)用,。
1、LED常用的控制方法
LED照明燈具的控制技術(shù)是提升LED燈具應(yīng)用水平的關(guān)鍵所在,，目前,，LED燈具的控制方式主要有下列幾種方法：
獨(dú)立控制方法---在每個LED燈具中使用一個低價(jià)格單片機(jī)或者專用控制芯片。產(chǎn)生一系列顏色變換,，如七彩,，漸變等等，有的控制芯片上還帶有音頻同步口,。能使LED與附近的音樂同步閃爍,，燈與燈之間沒有控制線，靠上電,，或者AC過零點(diǎn)同步,。這種產(chǎn)品的特點(diǎn)是比較簡單，燈頭,，燈座等與傳統(tǒng)燈具兼容,，能大批量生產(chǎn)和出口。但是,，它們的缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)追逐,，逐斷變化燈復(fù)雜的燈光變化，更不能根據(jù)應(yīng)用的需要設(shè)計(jì)出整體的燈光方案,。因此只能應(yīng)用于局部簡單的場合,。
聯(lián)線控制方法----LED燈具與控制器相連，控制器通過DMX512聯(lián)成網(wǎng)絡(luò),，實(shí)現(xiàn)對LED燈具的控制,。另一種聯(lián)線控制方法是在每一個燈管中含有一個低價(jià)格單片機(jī),，它們通過RS485連線控制，也有使用移位寄存器(SPI總線)來傳送LED控制信號,。
2,、我們在LED燈具控制器方面作的探索
我們在設(shè)計(jì)LED燈具控制器時，主要開發(fā)聯(lián)線控制的技術(shù),，先后開發(fā)了DALI接口,，DMX512，移位寄存器等各種方案的產(chǎn)品,。本文分析各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),，并提出了一種我們認(rèn)為最好的方案，并開發(fā)了相應(yīng)的燈光控制芯片,。這項(xiàng)工作我們共化了兩年的時間,。
DMX512控制器方案
DMX512是傳統(tǒng)的舞臺燈光控制協(xié)議，由美國劇場技術(shù)協(xié)會（United State Institutefor Theatre Technology,，Inc）于1986年8月提出的一個能在一對線上傳送512路可控硅調(diào)光亮度信息的標(biāo)準(zhǔn),。
DMX512通信方式是采用了異步通信格式，每個調(diào)光點(diǎn)由11位組成,，其中一個是起始位,，8位調(diào)光數(shù)據(jù)，兩個停止位,。每一次傳輸能512個調(diào)光點(diǎn),。
DMX512現(xiàn)在是最流行的控制方法，一般是將電源和控制器設(shè)計(jì)在一起,。由DMX512控制器控制8～24線,。直接驅(qū)動LED燈具的RBG線，但是在建筑光亮工程中,，由于直流的線路衰弱大，要求在12米左右就要安裝一個控制器,，控制總線為并行方式,，因此，控制器的走線非常的多,。很多場合甚至無法施工,。
DMX512的接收器要設(shè)置地址，讓它能接收那幾個調(diào)光數(shù)據(jù),，這在實(shí)際應(yīng)用中不方便,。
多個控制器互聯(lián)來控制復(fù)雜的照明方案，軟件比較復(fù)雜,。DMX512比較適合燈具集中在一起的場合,，如舞臺燈光,。
DALI總線方案
DALI是歐洲提出來的一種燈光控制總線方案，在DALI系統(tǒng)中,，每個燈具有一個地址,，并有一組控制命令?？蓪ぶ贩秶?44個燈,，并能實(shí)現(xiàn)群控的能力，在將DALI應(yīng)用到LED燈具控制過程中,，我們擴(kuò)展了LED控制命令：
LAMPADDR,，START，END,，HOLD,，F(xiàn)ADE
其中，LAMP是LED燈光控制命令
Addr是被控LED燈具的地址,。
START是LED燈具開始的顏色,。
EDD是LED燈具結(jié)束的顏色。
HOLD是保持的時間,。
FADE是漸變的時間,。
每個LED燈具中使用一顆Micro ship PIC16f628CPU完成了DALI數(shù)據(jù)的接收和DALI命令的控制。
在該控制系統(tǒng)的開發(fā)過程中,，我們發(fā)現(xiàn),，沒有一種方法能讓燈光工程商方便地來設(shè)計(jì)燈光變化的方案，而市場上流行的做法是在工程公司接到一個光亮工程后,，提出燈光變化的要求,，讓控制器的設(shè)計(jì)人員編寫相應(yīng)的單片機(jī)軟件，盡管很簡單,，又是重復(fù)勞動,，但是必竟要化時間，協(xié)調(diào)起來也很困難,。燈光工程商在找控制器上要化很多的精力,。這樣做的結(jié)果是不便于產(chǎn)業(yè)化分工，往往是燈具制造廠要直接介入燈光工程,。成本很高,。
為此我們設(shè)計(jì)了L40燈光控制語言和模擬軟件。L40語言類似于計(jì)算機(jī)匯編語言,，由控制器解釋執(zhí)行,。
另一方面，對于在每個燈具中燒一個地址,，工程安裝時非常不便,，為此,，我們改用了RS485接口，采用了級聯(lián)的方法,，通過軟件協(xié)議來自動識別地址解決了這個問題,。
在這種控制器的使用過程中，我們發(fā)現(xiàn),，仍然存在兩個問題,，一是通信的速度不夠快，盡管我們以采用了19.2K的通信速率,，在燈多的時候,，仍然不夠理想，另一方面,，要外地的工程商來學(xué)習(xí)L40語言,，需要培訓(xùn)和人力，往往工程商找不到這樣的人員,。
SPI移位總線方案
在開發(fā)DALI控制器的同時,，我們也開發(fā)基于SPI移位寄存器的方法來控制LED燈具，基于SPI移位寄存器的LED驅(qū)動器芯片一般是為LED顯示屏開發(fā)的,。有單色的,，也有可控制灰色的。東芝,，TI,，臺灣和大陸很多公司開發(fā)了這一類芯片。我們認(rèn)為,，采用這一類芯片的控制器有如下幾個優(yōu)點(diǎn)：
它們是基于像素的控制方法,，我們能夠?qū)C屏幕上的圖像直接轉(zhuǎn)換成LED的像素的色彩。這樣一來,，用戶能夠用PC上的軟件直接設(shè)計(jì)燈光方案,，典型的方法是采用flash軟件，或者用mediaplay的可視化效果產(chǎn)生圖案,，使LED燈光的變換大大增強(qiáng)了,。采用了級聯(lián)的方法，變化速率很快,。
但是這種方法的問題于，數(shù)據(jù)量比較大,，燈與燈之間的線比較多（五根線）,。軟件難度大，對控制器的CPU能力要求高,。市面上產(chǎn)品一般是在PC上加一個插卡,，再用五類線,，或光纜連接到前端控制板，由前端控制板上的LED驅(qū)動芯片來驅(qū)動多個LED燈具,。
由于目前市面上的LED驅(qū)動芯片主要是為LED顯示屏設(shè)計(jì)的,。在LED顯示屏上，LED的密度很大,，所以,，為顯示屏設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動芯片是多路的，如8路,，16路或者32路,。成本高，PCB面積大,，但是LED燈具中的像素比較少,，大多數(shù)情況下為單像素。它們的控制PCB要求比較小,，成本低,。
采用LED顯示屏驅(qū)動芯片來構(gòu)成集中式的LED像素?zé)簦獜腖ED控制器引出NX4根（R,，G,，B，GND),，一個8X8的板要引出256根線,，做出來的產(chǎn)品，背面全是線,，非常的不可靠,。
LED顯示屏的LED驅(qū)動電路一般使用了A/D轉(zhuǎn)換的方法來控制LED的恒流源驅(qū)動，因此,，它們的驅(qū)動電流不大,，一般為2~50mA電流。如TOSHIBATB62727芯片,。對于LED燈具來講,，有時就不夠了。
現(xiàn)在有幾家公司推出了單點(diǎn)RGB驅(qū)動芯片,，但是比較貴,。
另一方面，SPI使用三根線來控制數(shù)據(jù)的快速移位,。對于LED燈具來講,，一個燈具上使用一進(jìn)一出共要６根控制線，明顯太多了，大大增加了防水接頭,，控制電纜的成本,。
。
3,、問題驅(qū)動我們從”芯”設(shè)計(jì)LED燈具控制芯片
在完成了各種LED燈具控制器和燈具產(chǎn)品的開發(fā)之后,，我們對LED燈具及控制技術(shù)有了全新的認(rèn)識。
我們體會到,，一個理想的LED燈具控制器芯片因具有如下特點(diǎn)：
1.使用簡單,，靈活。不要編程,，普通人會用,。
2.接線簡單，越少越好,。
3.能適應(yīng)LED快速發(fā)展的需要,。
4.成本低廉
這樣的燈具能達(dá)到：
制造與光亮工程分離；完成專業(yè)化分工,；產(chǎn)品便于出口,；推進(jìn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。
為了達(dá)到這一理想的境界,，我們決定從自行開發(fā)LED燈具芯片開始進(jìn)入全新的開發(fā)工作,。
總體方案
芯片采用了DMX512傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)。將DMX512的異步方式改為了同步方式,，因此,，我們稱為同步DMX512（Synchronizes DMX512CHIP）芯片。
與傳統(tǒng)的DMX512接收器相比,，同步DMX512具有如下優(yōu)點(diǎn)：
能采用移位方式傳輸調(diào)光數(shù)據(jù),，不需要設(shè)置地址。
傳輸?shù)乃俣瓤?。因?yàn)闆]有停止位和起始位,。
保留了DMX512單線級聯(lián)方式，硬件接口可以仍然使用RS485,。
與傳統(tǒng)的SPI接口相比,，引出/引入線少。
SynchronizesDMX512CHIP
產(chǎn)品系列
SDMX5124---同步DMX512芯片,，含三路4位PWM調(diào)光電路
SDMX5128---同步DMX512芯片,，含三路8位PWM調(diào)光電路
SDMX51248---同步DMX512芯片，含八路4位PWM調(diào)光電路
SDMX51288---同步DMX512芯片,，含八路4位PWM調(diào)光電路
特點(diǎn)：
·同步DMX512總線,，使用一根線實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的移位和置入,，速率達(dá)192 KBPS。這樣,，燈與燈之間的聯(lián)線只要三根線了（+24V，DATA,，GND）,。能采用普通的防水結(jié)頭。
·RGB三路輸出,。外接MOSFET/三極管驅(qū)動大功率LED光源,。普通LED驅(qū)動器使用ADC來控制LED恒流源，使LED的驅(qū)動電流受到了限制,，CP100使用了PWM調(diào)光,，外接驅(qū)動管的方案，能適應(yīng)各種LED,，提高了產(chǎn)品的適應(yīng)性,。
·4位X3PWM調(diào)光電路。產(chǎn)生4096種彩色,。PWM頻率為768K,。無閃爍。LED顯示屏的驅(qū)動電路的每路控制位數(shù)比較多（8位或更多）,，再加上光調(diào)整數(shù)據(jù)使得刷屏數(shù)據(jù)很多,，要求移位數(shù)據(jù)比較多，但在燈具中,，要求色彩的等級和色差不高,，4位已足夠了。數(shù)據(jù)量少,，降低了通信的速率,，成本低，可靠性高,。
16pinSOP封裝,，5umCMOS工藝。
DMX5124采用的數(shù)字CMOS工藝,，成本低,。
控制器采用了10BASET以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)
LAN網(wǎng)絡(luò)已非常普及，大量標(biāo)準(zhǔn)化,，低價(jià)格的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品可供選擇,。
市面上許多的LED控制器供應(yīng)商，都宣稱能提供許多的圖案變化方案,，或?yàn)榭蛻舳ㄖ?。?shí)際上，最好的方法是將圖案變化方案的設(shè)計(jì)交給客戶，或者專業(yè)人士,，因?yàn)檫@項(xiàng)工作有太多的資源可以利用,。我們是基于這種設(shè)計(jì)理念來開發(fā)ColorPixel系統(tǒng)的。
客戶能使用FLSAH,，Aftereffects等出色的工具來設(shè)計(jì)圖案變化方案,，colorpixel提供了轉(zhuǎn)換工具，將它們轉(zhuǎn)換成COLORPIXEL控制數(shù)據(jù),。ColorPixel能夠?qū)崟r抓取WINDOWS屏幕上播放的圖像將它轉(zhuǎn)換成COLORPIXEL控制數(shù)據(jù),，存儲到SD卡上。
結(jié)論
我們在開發(fā)了各種LED燈具和控制器的基礎(chǔ)上,，感到目前市面上還沒有比較適合的LED燈具控制片,，本項(xiàng)目對傳統(tǒng)DMX512控制協(xié)議作了改進(jìn)，提出了同步DMX512的技術(shù)方案,，并開發(fā)了開發(fā)了同步DMX512總線接收器芯片,，采用0.5um CMOS工藝，SOP16封裝,，在實(shí)際應(yīng)用中收到了比較好的效果,，具有很大的推廣價(jià)值。