LED全彩燈光控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

背景

LED作為一種新型光源，以其低供電電壓，低功耗，長壽命，無輻射的特點，在許多場合得到應用，隨著近年來其亮度的不斷提高，特別是超高亮LED的 出現(xiàn)，發(fā)光二極管得到了廣泛的應用，從傳統(tǒng)的僅作室內(nèi)儀表信號指示，逐步發(fā)展到應用于交通信號燈、汽車信號燈、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，由此可以利用嵌入式微處理器， 按PWM（占空比）方式獨立控制R（紅），G（綠），B（藍）發(fā)光灰度，從而實現(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，目前已開始逐步推廣，預計今后幾年將會有比較大的發(fā)展。

控制單元

控制單元是指可獨立變化出全彩色的燈具單元，也可稱作像素。它至少應包含一只紅色LED、一只綠色LED、一只藍色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燈具，亦可按一定形狀或圖案排列起來，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 一個單元，通常必須進行混光處理，否則不能看到理想的全彩效果。在同一個發(fā)光單元中LED應緊密排列，這樣可使得各LED的光斑在觀賞者眼中成像重疊;相 鄰發(fā)光單元中心距應相同，并且該中心距滿足：D≥2*L*tan(θ/2)，式中D為相鄰發(fā)光單元的最小中心距，L為正常使用時觀看點與光源部位的垂直距 離，θ為人眼最小分辨角。這樣通過控制電路可使燈具顯示出豐富的色彩。通過控制系統(tǒng)獨立控制每個發(fā)光單元中的三種發(fā)光二極管的灰度級別，亦即控制每個發(fā)光 單元中的紅、綠、藍三種顏色各自的亮度，就可使每個發(fā)光單元調(diào)配出多種不同的顏色，若在同一時間內(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 發(fā)光部位呈現(xiàn)出色彩斑斕的效果。目前出現(xiàn)的功能比較強大的控制系統(tǒng)，可通過軟件設置每個控制單元的顏色值，根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)，設置各個顏色的灰度級別，一般 為256級（8位），目前具有代表性的有臺灣點晶科技的一款DM413全彩LED阿驅(qū)動芯片，帶有灰度發(fā)生器，默認為256級灰度，最高可設置為8192 級灰度，實現(xiàn)的效果極為細膩。單個DM413芯片只控制一個顯示單元，使得每個控制單元的電路相同，而且非常簡單，一次開發(fā)，重復使用。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個控制系統(tǒng)分為兩個部分：控制器部分和LED驅(qū)動部分（見圖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控制單元的顏色數(shù)據(jù)發(fā)送給相應控制單元，使所有單元相互配合，產(chǎn)生用戶預想的效果；LED驅(qū)動部分的 功能是接收顏色數(shù)據(jù)并驅(qū)動LED按該數(shù)據(jù)所表示的亮度值顯示。每個基于DM413的LED驅(qū)動模塊，單獨控制一個LED燈具單元，每個模塊結(jié)構(gòu)相同，與控 制器的連接方式也相同。系統(tǒng)采用串行級聯(lián)的方式連接，每個模塊具有輸入和輸出接口，前一模塊的輸出接口通過數(shù)據(jù)線與后一模塊的輸入接口連接，直到最后一個 模塊為止。LED驅(qū)動模塊（見圖2）是以DM413為核心的電路，DM413具有若干信號輸入輸出引腳及多個功能設定引腳。信號通過輸入接口給DM413 相應的輸入引腳。3個輸出引腳用于連接LED，可分配給R，G，B三個顏色，同一個輸出引腳接相同顏色的LED，根據(jù)配色需要，每個輸出引腳可接一個或多 個LED。輸入的串行信號通過輸出引腳發(fā)送出來，通過輸出接口傳到下一級芯片。
圖1

圖2