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基于单片机的色彩控制发光二极管照明系统设计
- 发布日期：2024-11-17 07:17 点击次数：141 在大趋势下，将发光二极管用于普通照明就在眼前。 发光二极管在普通照明中有许多优点，例如寿命更长、效率更高。 然而，发光二极管技术仍然面临一些挑战。 挑战之一是如何产生高质量的白光。 白色发光二极管的成分包括蓝色发光二极管和一种可以将光输出转移到光谱其他波段的荧光粉。 许多白色发光二极管不能产生高显色指数(CRI)，该指数用于测量光源真正再现颜色的能力。 通过混合两种或更多种颜色的发光二极管灯，可以获得更高质量的白光系统 在这些多色系统中，每个颜色源的光输出将随时间和温度漂移 光传感器和小型微控制器可用于保持特定颜色和相关色温 在本文中，我们将了解更多关于传感器、微控制器资源和所需软件的信息。 目前，市场上有许多小型经济的光传感器，可以为单片机提供信息进行处理。 通常，传感器具有一些可选的滤色器，用于测量红光、绿光、蓝光或白光(无滤色器) 光传感器输出接口可以通过一系列方法与单片机连接 光电传感器通过输出电压连接到模数转换器。 光频传感器提供可变频率输出，输出频率与光量成比例。 这些传感器的脉冲输出可以在单片机定时器中累积，以确定照明水平。 光数字传感器通常具有串行数字接口，例如I2C 每种传感器接口都有独特的优势，需要不同的单片机资源 图1所示的系统框图显示了多种微控制器外设，这些外设在颜色可调的发光二极管照明设计中非常有用。
在一个完整的闭环色彩控制系统中，单片机必须从光电传感器读取色彩分量，校准光电传感器输出，并通过调整每个发光二极管驱动器的输出来获得所需的色彩 发光二极管需要使用恒流驱动器来保持光输出的一致性。 这可以通过使用各种驱动技术来实现，包括线性和开关模式解决方案 最终选择取决于效率要求、输入电压范围和使用的发光二极管数量等因素。 驱动器输出可以不同方式控制 首先，微控制器可以通过数模转换器或数字电位计产生模拟参考电压 基准电压可以将驱动器输出从零变为最大电流。 微控制器还可以提供脉宽调制信号来调制驱动器输出 脉宽调制信号可用于启用/禁用驱动器本身，或控制将发光二极管与驱动器输出断开的开关 如果使用脉宽调制控制，所选的脉宽调制频率应足够高，以使人眼无法察觉任何闪烁。 设计师必须确定颜色控制系统所需的控制分辨率，以便选择带有相应外设的微控制器。 对于光电传感器，单片机上模数转换器的测量分辨率非常重要 光频传感器需要一个由外部时钟递增的微控制器时基。 光数字传感器需要相应的串行通信接口外设。 带多个脉宽调制外设的微控制器可用于控制单个发光二极管驱动器 在高分辨率彩色控制系统中， 芯片采购平台16位或更高控制分辨率的脉宽调制外设是首选。 串行通信外设(如通用异步收发器、串行接口、I2C、串行接口、通用串行总线等)。)支持输入/输出控制和显示功能。
单片机器件如PIC24FJ16GA002(见图2)是色彩控制系统的最佳选择 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，单个器件提供串行通信接口、10位模数转换器和5个脉宽调制通道。 16位微控制器内核可以轻松处理与传感器校准和颜色控制相关的算术运算 传感器数据输出必须校准到参考电压，以提供一致的结果 校准过程使用色度计将不同颜色的发光二极管的输出与标准色度坐标系中光传感器的光谱响应和灵敏度进行数学关联 校准过程产生系数矩阵，该矩阵必须与照明系统一起存储在非易失性存储器中，并用于确定控制系统的每个控制中的相关性和期望输出之间的差异。 校准完成后，单片机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，并调整输出通道，直到获得理想的CCT。 每个输出通道的PID控制算法使用校准值来调整传感器数据，以获得与目标设定点的差值，然后调整输出通道 为了减少误差，PID将持续运行，直到输出临界温度与设定点临界温度相匹配。 可以微调PID系数，以最大程度地优化系统响应，但是，PID算法收敛到目标CCT的速度也是微控制器处理算术运算效率的函数。 一些颜色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，普通照明系统的要求低于高清电视面板的局部调光系统。 具有可调光源或高CRI的系统有一系列用户控制要求 带有图形液晶显示器的医疗设备可能具有可调节的发光二极管背光(这需要微控制器通过串行接口与液晶显示器通信)和触摸屏接口，用于调节冷阴极荧光灯和亮度。 商业显示设备的一般照明可能需要通过中央面板或计算机进行控制，以根据一天中的不同时段自动调节亮度、连续亮度和开/关 这些设备之间的通信可以使用硬线串行总线协议(如DALI或DMX512)来实现，而其他设备可能需要使用通过USB或以太网实现的自定义接口。 在已建成的建筑物中，可能无法安装需要通过无线通信和协议(如紫蜂)控制的硬连线基础设施 对于这种照明应用，具有灵活外设的微控制器是通信和用户界面的理想选择 蜡烛、煤油灯和白炽灯等光源技术已经取代了以前的技术，从而提高了人们的生活质量。 预计发光二极管光源将比所有其他光源技术更好地丰富我们的生活。 发光二极管具有能效高、体积小、轻便耐用、使用寿命长的优点。 由小单片机控制的多色发光二极管可以调节光输出，提供适合照明空间的舒适照明。 微控制器可以智能地控制驱动电路(最大化能量效率)，监控某些情况，最大化能量效率和平均寿命 单片机颜色控制的发光二极管照明系统将使人们用不同的眼睛看到世界“光”
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