基于小型MCU的LED照明的色彩控制方案

发布时间：2013-12-16 阅读量：899 来源: 发布人:

【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，以最大程度优化系统响应，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（使能效最大）、监视一些情况，以及最大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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