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利用小型MCU实现LED照明的色彩控制

2010-12-08 14:08
PokerJoker
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          LED用于通用照明已指日可待。LED在通用照明系统中优势很多,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(Color Rendering Index,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。

         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。

        在完整的闭环色彩控制系统中,MCU必须读取来自光传感器的颜色成分,校准光传感器输出,并通过调节各个LED驱动器的输出获得想要的颜色。LED需要使用恒流驱动器来维持光输出的一致性。这可以使用各种驱动器技术实现,这些技术包括线性和开关模式解决方案。最终的选择取决于诸如效率要求、输入电压范围和所用LED数量等因素。

        驱动器输出可以使用不同的方法来控制。首先,MCU可以通过数模转换器(DAC)或数字电位计来产生模拟参考电压。参考电压可以使驱动器输出在零至最大电流之间变化。MCU还可以提供用于调制驱动器输出的PWM信号。PWM信号可用于使能/禁止驱动器本身,或者用于控制将LED与驱动器输出断开的开关。如果使用PWM控制,则选择的PWM频率要足够高,这样人眼才能察觉不到任何闪烁。

          设计人员必须确定色彩控制系统要求的控制分辨率需要达到何种程度,以便选择具备相应外设的MCU。对于光转电压传感器,MCU上ADC的测量分辨率很重要。光转频率传感器需要一个通过外部时钟实现递增的MCU时基。光转数字传感器需要相应的串行通信接口外设。

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