LED全彩燈光控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

背景

LED作為一種新型光源，以其低供電電壓，低功耗，長(zhǎng)壽命，無(wú)輻射的特點(diǎn)，在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用，隨著近年來(lái)其亮度的不斷提高，特別是超高亮LED的 出現(xiàn)，發(fā)光二極管得到了廣泛的應(yīng)用，從傳統(tǒng)的僅作室內(nèi)儀表信號(hào)指示，逐步發(fā)展到應(yīng)用于交通信號(hào)燈、汽車(chē)信號(hào)燈、背光源、室內(nèi)外大屏幕顯示，以及目前正向照 明領(lǐng)域的深入。目前LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用主要還集中在燈飾照明中。LED本身的致光特性，使其具有易控制，頻閃快的特點(diǎn)，由此可以利用嵌入式微處理器， 按PWM（占空比）方式獨(dú)立控制R（紅），G（綠），B（藍(lán)）發(fā)光灰度，從而實(shí)現(xiàn)全彩效果的LED燈光控制技術(shù)。由于采用超高亮LED的裝飾照明燈具，其 亮度已達(dá)到要求，且它在壽命，功耗，控制花樣等方面和霓虹燈相比具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，目前已開(kāi)始逐步推廣，預(yù)計(jì)今后幾年將會(huì)有比較大的發(fā)展。

控制單元

控制單元是指可獨(dú)立變化出全彩色的燈具單元，也可稱(chēng)作像素。它至少應(yīng)包含一只紅色LED、一只綠色LED、一只藍(lán)色LED，各顏色LED的數(shù)目根據(jù) 配色要求按一定比例構(gòu)成?？蓪⑦@些控制單元制作成單個(gè)燈具，亦可按一定形狀或圖案排列起來(lái)，形成線狀或面狀光源。需要注意的是，由三種顏色的LED構(gòu)成的 一個(gè)單元，通常必須進(jìn)行混光處理，否則不能看到理想的全彩效果。在同一個(gè)發(fā)光單元中LED應(yīng)緊密排列，這樣可使得各LED的光斑在觀賞者眼中成像重疊;相 鄰發(fā)光單元中心距應(yīng)相同，并且該中心距滿(mǎn)足：D≥2*L*tan(θ/2)，式中D為相鄰發(fā)光單元的最小中心距，L為正常使用時(shí)觀看點(diǎn)與光源部位的垂直距 離，θ為人眼最小分辨角。這樣通過(guò)控制電路可使燈具顯示出豐富的色彩。通過(guò)控制系統(tǒng)獨(dú)立控制每個(gè)發(fā)光單元中的三種發(fā)光二極管的灰度級(jí)別，亦即控制每個(gè)發(fā)光 單元中的紅、綠、藍(lán)三種顏色各自的亮度，就可使每個(gè)發(fā)光單元調(diào)配出多種不同的顏色，若在同一時(shí)間內(nèi)控制不同的發(fā)光單元顯示出不同的顏色，就可使燈具的整個(gè) 發(fā)光部位呈現(xiàn)出色彩斑斕的效果。目前出現(xiàn)的功能比較強(qiáng)大的控制系統(tǒng)，可通過(guò)軟件設(shè)置每個(gè)控制單元的顏色值，根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)，設(shè)置各個(gè)顏色的灰度級(jí)別，一般 為256級(jí)（8位），目前具有代表性的有臺(tái)灣點(diǎn)晶科技的一款DM413全彩LED阿驅(qū)動(dòng)芯片，帶有灰度發(fā)生器，默認(rèn)為256級(jí)灰度，最高可設(shè)置為8192 級(jí)灰度，實(shí)現(xiàn)的效果極為細(xì)膩。單個(gè)DM413芯片只控制一個(gè)顯示單元，使得每個(gè)控制單元的電路相同，而且非常簡(jiǎn)單，一次開(kāi)發(fā)，重復(fù)使用。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：控制器部分和LED驅(qū)動(dòng)部分（見(jiàn)圖1）。 控制器部分是系統(tǒng)的核心部分，它最基本的功能是將每個(gè)控制單元的顏色數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)控制單元，使所有單元相互配合，產(chǎn)生用戶(hù)預(yù)想的效果；LED驅(qū)動(dòng)部分的 功能是接收顏色數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)LED按該數(shù)據(jù)所表示的亮度值顯示。每個(gè)基于DM413的LED驅(qū)動(dòng)模塊，單獨(dú)控制一個(gè)LED燈具單元，每個(gè)模塊結(jié)構(gòu)相同，與控 制器的連接方式也相同。系統(tǒng)采用串行級(jí)聯(lián)的方式連接，每個(gè)模塊具有輸入和輸出接口，前一模塊的輸出接口通過(guò)數(shù)據(jù)線與后一模塊的輸入接口連接，直到最后一個(gè) 模塊為止。LED驅(qū)動(dòng)模塊（見(jiàn)圖2）是以DM413為核心的電路，DM413具有若干信號(hào)輸入輸出引腳及多個(gè)功能設(shè)定引腳。信號(hào)通過(guò)輸入接口給DM413 相應(yīng)的輸入引腳。3個(gè)輸出引腳用于連接LED，可分配給R，G，B三個(gè)顏色，同一個(gè)輸出引腳接相同顏色的LED，根據(jù)配色需要，每個(gè)輸出引腳可接一個(gè)或多 個(gè)LED。輸入的串行信號(hào)通過(guò)輸出引腳發(fā)送出來(lái)，通過(guò)輸出接口傳到下一級(jí)芯片。
圖1

圖2