LED用于通用照明已指日可待,。LED在通用照明系統(tǒng)中優(yōu)勢很多，如壽命更長以及效率更高,。然而,， LED技術還面臨著一些挑戰(zhàn)。其中一個挑戰(zhàn)就是如何產(chǎn)生高品質(zhì)的白光,。白光LED的構成包含了藍光LED 和能將光輸出移至光譜的其他波段的一種熒光粉,。許多白光LED都無法產(chǎn)生高顯色指數(shù)(Color Rendering Index，CRI),，該參數(shù)用于衡量光源真實重現(xiàn)色彩的能力,。
通過混合兩種或兩種以上顏色的LED光，可以獲得品質(zhì)更高的白光系統(tǒng),。在這些多色系統(tǒng)中,，每種色源的光輸出會隨時間和溫度而漂移。光傳感器和小型單片機(MCU)可用于維持特定顏色和相關色溫(Correlated Color Temperature,，CCT),。在本文中，我們將進一步了解傳感器,、所需MCU資源和軟件,。
目前市場上有許多經(jīng)濟實惠的小型光傳感器，它們可以向MCU提供用于處理的信息,。典型地,，傳感器具有一些可選的顏色過濾器,，用于測量紅光、綠光,、藍光或白光(無過濾器),。光傳感器輸出接口可通過一系列的方法與MCU連接。光轉電壓傳感器通過輸出電壓與模數(shù)轉換器(ADC)相連,。光轉頻率傳感器提供變頻輸出,，輸出頻率與光的量成正比。這些傳感器的脈沖輸出可以在MCU定時器中進行累加,，以確定光照級別,。光轉數(shù)字傳感器通常具有串行數(shù)字接口，例如I2C,。每種類型的傳感器接口都具有獨特的優(yōu)點,，且需要不同的MCU資源。圖1所示的系統(tǒng)框圖給出了多種MCU外設,，它們在顏色可調(diào)的LED照明設計中非常有用,。
在完整的閉環(huán)色彩控制系統(tǒng)中，MCU必須讀取來自光傳感器的顏色成分,，校準光傳感器輸出,，并通過調(diào)節(jié)各個LED驅動器的輸出獲得想要的顏色。LED需要使用恒流驅動器來維持光輸出的一致性,。這可以使用各種驅動器技術實現(xiàn),，這些技術包括線性和開關模式解決方案。最終的選擇取決于諸如效率要求,、輸入電壓范圍和所用LED數(shù)量等因素。
驅動器輸出可以使用不同的方法來控制,。首先,，MCU可以通過數(shù)模轉換器(DAC)或數(shù)字電位計來產(chǎn)生模擬參考電壓。參考電壓可以使驅動器輸出在零至最大電流之間變化,。MCU還可以提供用于調(diào)制驅動器輸出的PWM信號,。PWM信號可用于使能/禁止驅動器本身，或者用于控制將LED與驅動器輸出斷開的開關,。如果使用PWM控制,，則選擇的PWM頻率要足夠高，這樣人眼才能察覺不到任何閃爍,。
設計人員必須確定色彩控制系統(tǒng)要求的控制分辨率需要達到何種程度,，以便選擇具備相應外設的MCU。對于光轉電壓傳感器,，MCU上ADC的測量分辨率很重要,。光轉頻率傳感器需要一個通過外部時鐘實現(xiàn)遞增的MCU時基,。光轉數(shù)字傳感器需要相應的串行通信接口外設。
LED用于通用照明已指日可待,。LED在通用照明系統(tǒng)中優(yōu)勢很多,，如壽命更長以及效率更高。然而,， LED技術還面臨著一些挑戰(zhàn),。其中一個挑戰(zhàn)就是如何產(chǎn)生高品質(zhì)的白光。白光LED的構成包含了藍光LED 和能將光輸出移至光譜的其他波段的一種熒光粉,。許多白光LED都無法產(chǎn)生高顯色指數(shù)(Color Rendering Index,，CRI)，該參數(shù)用于衡量光源真實重現(xiàn)色彩的能力,。
通過混合兩種或兩種以上顏色的LED光,，可以獲得品質(zhì)更高的白光系統(tǒng)。在這些多色系統(tǒng)中,，每種色源的光輸出會隨時間和溫度而漂移,。光傳感器和小型單片機(MCU)可用于維持特定顏色和相關色溫(Correlated Color Temperature，CCT),。在本文中,，我們將進一步了解傳感器、所需MCU資源和軟件,。
目前市場上有許多經(jīng)濟實惠的小型光傳感器,，它們可以向MCU提供用于處理的信息。典型地,，傳感器具有一些可選的顏色過濾器,，用于測量紅光、綠光,、藍光或白光(無過濾器),。光傳感器輸出接口可通過一系列的方法與MCU連接。光轉電壓傳感器通過輸出電壓與模數(shù)轉換器(ADC)相連,。光轉頻率傳感器提供變頻輸出,，輸出頻率與光的量成正比。這些傳感器的脈沖輸出可以在MCU定時器中進行累加,，以確定光照級別,。光轉數(shù)字傳感器通常具有串行數(shù)字接口，例如I2C,。每種類型的傳感器接口都具有獨特的優(yōu)點,，且需要不同的MCU資源。圖1所示的系統(tǒng)框圖給出了多種MCU外設,，它們在顏色可調(diào)的LED照明設計中非常有用,。
在完整的閉環(huán)色彩控制系統(tǒng)中,，MCU必須讀取來自光傳感器的顏色成分，校準光傳感器輸出,，并通過調(diào)節(jié)各個LED驅動器的輸出獲得想要的顏色,。LED需要使用恒流驅動器來維持光輸出的一致性。這可以使用各種驅動器技術實現(xiàn),，這些技術包括線性和開關模式解決方案,。最終的選擇取決于諸如效率要求、輸入電壓范圍和所用LED數(shù)量等因素,。
驅動器輸出可以使用不同的方法來控制,。首先，MCU可以通過數(shù)模轉換器(DAC)或數(shù)字電位計來產(chǎn)生模擬參考電壓,。參考電壓可以使驅動器輸出在零至最大電流之間變化,。MCU還可以提供用于調(diào)制驅動器輸出的PWM信號。PWM信號可用于使能/禁止驅動器本身,，或者用于控制將LED與驅動器輸出斷開的開關,。如果使用PWM控制，則選擇的PWM頻率要足夠高,，這樣人眼才能察覺不到任何閃爍,。
設計人員必須確定色彩控制系統(tǒng)要求的控制分辨率需要達到何種程度，以便選擇具備相應外設的MCU,。對于光轉電壓傳感器,，MCU上ADC的測量分辨率很重要。光轉頻率傳感器需要一個通過外部時鐘實現(xiàn)遞增的MCU時基,。光轉數(shù)字傳感器需要相應的串行通信接口外設,。
帶多個PWM外設的MCU可用于控制各個LED驅動器。在高分辨率色彩控制系統(tǒng)中,，首選具有16位或更高控制分辨率的PWM外設,。串行通信外設(如UART、SPI,、I2C、LIN和USB等)支持輸入/輸出控制和顯示功能,。
對色彩控制系統(tǒng)來說,，PIC24FJ16GA002(見圖2)之類的MCU器件是上佳之選。PIC24器件具有28引腳的小尺寸封裝,，程序存儲器范圍為16至64 KB,，并且在單個器件中提供了串行通信接口、10位ADC和5個PWM通道,。16位MCU內(nèi)核可以輕松地處理與傳感器校準和色彩控制有關的算術運算,。
傳感器數(shù)據(jù)輸出必須根據(jù)參考電壓進行校準,，以提供一致的結果。校準過程使用色度計來將不同顏色LED的輸出與光譜響應和光傳感器的靈敏度在標準色度坐標系中進行數(shù)學關聯(lián),。校準過程會生成一個系數(shù)矩陣,，它必須隨照明系統(tǒng)存儲在非易失性存儲器中，并在控制系統(tǒng)的每次控制中用于確定關聯(lián)和所需輸出之間的差,。
完成校準后,，MCU可以將傳感器數(shù)據(jù)與理想的CIE(國際照明委員會)色度圖坐標進行比較，并對輸出通道進行調(diào)節(jié),，直到得到理想的CCT為止,。每個輸出通道的PID控制算法會使用校準值調(diào)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)，求得與目標設置點的差,，然后調(diào)節(jié)輸出通道,。為了減小誤差，PID會不斷運行,，直到輸出CCT與設置點CCT匹配為止,。PID系數(shù)可以進行微調(diào)，以最大程度優(yōu)化系統(tǒng)響應,，但PID算法收斂至目標CCT的快慢也是MCU處理算術運算效率的函數(shù),。一些色彩控制系統(tǒng)可能需要比其他系統(tǒng)更快的處理速度和響應速度。例如,，通用照明系統(tǒng)的要求要比HDTV面板的局部調(diào)光系統(tǒng)低,。
光源可調(diào)或具有高CRI的系統(tǒng)有一系列的用戶控制要求。帶圖形LCD顯示屏的醫(yī)療設備可能具有可調(diào)的LED背光(它要求MCU通過SPI與LCD進行通信),，以及用于調(diào)節(jié)CCT和亮度的觸摸屏界面,。商用顯示設備的通用照明可能要求通過中央面板或計算機進行控制，以根據(jù)一天中的各個時段自動調(diào)節(jié)亮度,、CCT和開/關,。這些設備之間的通信可以使用硬連線串行總線協(xié)議(例如DALI或DMX512)實現(xiàn)，而其他一些設備可能需要使用通過USB或以太網(wǎng)實現(xiàn)的自定義接口,。在已竣工的建筑物中,，安裝硬連線基礎結構可能不行，需要通過無線通信和協(xié)議(例如ZigBee)進行控制,。對于此類照明應用,，帶有靈活外設的MCU是實現(xiàn)通信和用戶界面的理想之選。
蠟燭,、煤油燈和白熾燈等光源技術取代了它們之前的技術,，進而提高了人們的生活質(zhì)量。采用LED作為光源已指日可待,，預計它會比其他所有的光源技術更好地豐富我們的生活,。LED具有能效高,、尺寸小、便攜,、耐用和壽命長等優(yōu)點,。采用小型MCU進行控制的多色LED可以調(diào)節(jié)光輸出，提供適合照明空間的舒適光照,。MCU可以智能地控制驅動器電路(使能效最大),、監(jiān)視一些情況，以及最大程度提高能效和平均壽命,。MCU色彩控制LED照明系統(tǒng)將使人們能夠用不同的眼“光”看世界,。