改善RGB LED應(yīng)用于建筑照明過程中信號(hào)傳輸問題分析

近年來，隨著全球節(jié)能減碳帶動(dòng)，發(fā)光二極管作為建筑物外觀、裝飾照明、情境照明等商業(yè)應(yīng)用已愈加明顯。由于此類照明往往會(huì)依據(jù)建筑物外觀與不同商業(yè)訴求而設(shè)計(jì)，多采用由紅、綠、藍(lán)三色LED所構(gòu)成的像素叢集作為照明單位，以制造多樣性的光影變化效果，并對(duì)不同照明體形狀進(jìn)行串接，構(gòu)成LED窗簾幕、條狀屏幕等。這些照明結(jié)構(gòu)具備不妨礙視線、結(jié)構(gòu)輕、易于組裝與運(yùn)送等優(yōu)點(diǎn)，因此日益普及應(yīng)用于租賃市場(chǎng)、舞臺(tái)、建筑物領(lǐng)域。

然而，目前以RGB Cluster作為裝飾照明正面臨著如何兼顧效益性與美觀設(shè)計(jì)的兩難。因?yàn)楫?dāng)照明的建筑體外觀范圍擴(kuò)大，以及照明體設(shè)計(jì)復(fù)雜度提高時(shí)，為達(dá)較佳的照明效果，就必須搭配較多數(shù)量的RGB Cluster與LED驅(qū)動(dòng)器等的組件串接，此不但會(huì)影響信號(hào)傳輸速度，且當(dāng)多顆RGB Cluster串接時(shí)，如何正確的傳送數(shù)據(jù)，乃是RGB LED應(yīng)用于建筑物照明所須考慮的問題。

傳輸技術(shù)瓶頸待突破

目前，采用RGB Cluster串接的傳輸架構(gòu)多采用三線或四線傳輸，即除了頻率及數(shù)據(jù)兩個(gè)信號(hào)線之外，尚須控制栓鎖及灰階頻率信號(hào)線來連接到每個(gè)驅(qū)動(dòng)器，但三線或四線傳輸架構(gòu)會(huì)增加防水線材與接口消耗，且更多的接口數(shù)將導(dǎo)致傳輸可靠性與穩(wěn)定性下降，不但無法滿足長(zhǎng)距離傳輸需求，反而限制RGB Cluster像素的廣泛應(yīng)用。至于單線傳輸，除了傳輸線材成本較少，但相對(duì)的缺點(diǎn)為需要較復(fù)雜的電路與電路成本達(dá)到所要求的傳輸穩(wěn)定性，且傳輸頻率受限在一定的范圍之內(nèi)，串接顆數(shù)與傳輸距離也有限制。因此，就商業(yè)照明應(yīng)用而言，傳輸信號(hào)的選擇即是一連串傳輸效能、傳輸距離、成本、線材、空間、信賴性等不同要求的權(quán)衡與取舍。如何在成本控制得宜下采用較少線材，同時(shí)兼顧傳輸效能與質(zhì)量，即是目前RGB LED作為建筑物照明必須突破的方向。

圖1、傳統(tǒng)四線傳輸示意圖

二線傳輸提高信賴/穩(wěn)定性

如果舍棄栓鎖信號(hào)線，以二線方式傳輸則可以利用頻率與數(shù)據(jù)信號(hào)來完成數(shù)據(jù)栓鎖，其好處較其它多線或單線傳輸為多，包括傳送速率與特定條件下的串接RGB Cluster顆數(shù)可達(dá)三百顆以上的水平，成本與信賴性也較佳。

但是二線傳輸若以頻率的高位準(zhǔn)狀態(tài)區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)當(dāng)做封包的起始和結(jié)束命令，則頻率與數(shù)據(jù)每經(jīng)過一級(jí)驅(qū)動(dòng)器，輸入與輸出存在著傳輸延遲，若串接多級(jí)Cluster及長(zhǎng)距離傳輸將不易控制結(jié)束命令，且頻率經(jīng)過多級(jí)傳輸會(huì)改變脈寬。因此針對(duì)二線傳輸協(xié)議，本文將提出智能型傳輸技術(shù)方案，進(jìn)一步解決上述問題。

圖2、二線傳輸示意圖

表1、不同傳輸模式優(yōu)劣比較表

自動(dòng)尋址/栓鎖角色吃重

所謂智能型傳輸技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的自動(dòng)尋址與自動(dòng)栓鎖，以及脈寬波度的反相位等，透過上述方式來提高串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男刨囆耘c穩(wěn)定性。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)封包架構(gòu)如圖3所示，包括前置時(shí)間、檔頭及數(shù)據(jù)，控制器僅須于檔頭區(qū)段設(shè)定數(shù)據(jù)類型的命令、地址、串接驅(qū)動(dòng)器數(shù)目及檢查碼。

圖3、資料封包架構(gòu)示意圖

圖4、檔頭架構(gòu)示意圖

封包每經(jīng)過一級(jí)，檔頭的內(nèi)容運(yùn)算后傳遞至下一級(jí)。傳遞的過程中，文件頭內(nèi)的地址隨著經(jīng)過的驅(qū)動(dòng)器數(shù)目遞增，以作為下一顆驅(qū)動(dòng)器尋址之用。每一顆串接驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部則自動(dòng)尋址，此自動(dòng)尋址方式可將數(shù)據(jù)正確地寫入驅(qū)動(dòng)器，文件頭內(nèi)的串接數(shù)目不隨經(jīng)過的驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù)改變，但驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部緩存器會(huì)存放串接數(shù)目與地址做邏輯運(yùn)算后的參數(shù)。當(dāng)文件頭的地址與此參數(shù)一致時(shí)，代表封包已傳遞至串接路徑中的最后一顆驅(qū)動(dòng)器，最后一顆驅(qū)動(dòng)器的影像數(shù)據(jù)到位后，即會(huì)觸發(fā)自動(dòng)栓鎖的功能。驅(qū)動(dòng)器的串接數(shù)目是以串接的驅(qū)動(dòng)器顆數(shù)以遞減的方式填寫。而地址與串接數(shù)目無關(guān)，填0。當(dāng)傳輸?shù)臈l件惡劣時(shí)，檢查碼即可查看文件頭數(shù)據(jù)的正確性，避免誤寫以取得更可靠的傳輸質(zhì)量。