基于ZibBee控制的高動(dòng)態(tài)范圍LED模擬調(diào)光裝置設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)LED 應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)等特殊場(chǎng)合，本文提出了一種基于ZibBee 控制的高動(dòng)態(tài)范圍LED 模擬調(diào)光裝置，提供了一種異于高頻PWM 的調(diào)光方法。設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)原有線性電源的改進(jìn)，增加了可變降壓電路，提高了其工作效率，并實(shí)現(xiàn)了500∶ 1的高動(dòng)態(tài)范圍模擬調(diào)光。電路中同時(shí)使用了CC2430 芯片實(shí)現(xiàn)電流控制和無(wú)線遙控的功能，配合著ZigBee 無(wú)線網(wǎng)關(guān)便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)光控制。

　　1 引言

　　由于發(fā)光二級(jí)管( LED) 技術(shù)的不斷發(fā)展，LED 由于其光效高， 響應(yīng)速度快， 亮度調(diào)節(jié)范圍廣，正逐步地應(yīng)用于信號(hào)，顯示，照明和機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)等各種領(lǐng)域。而常用的LED 亮度控制方式主要是模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光( PWM)。比起現(xiàn)有的模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光能取得一個(gè)更高的調(diào)光比和電流精度，應(yīng)用更為廣泛。在普通照明中，PWM 調(diào)光的開關(guān)頻率一般在幾百到幾千赫茲之間，可以有效的避免人眼可見的閃爍。但在機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)和工業(yè)檢驗(yàn)等領(lǐng)域，由于使用的高速攝像機(jī)和傳感器響應(yīng)速度速度比人眼快很多，因此在這些領(lǐng)域使用PWM調(diào)光必須增加開關(guān)頻率到幾十千甚至更高，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，而模擬調(diào)光卻沒(méi)有這方面的問(wèn)題。

　　本文通過(guò)可變降壓和線性調(diào)光的兩級(jí)電路實(shí)現(xiàn)了高效、準(zhǔn)確、高動(dòng)態(tài)范圍的模擬調(diào)光輸出，并使用TI 的C2430 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出亮度調(diào)節(jié)和無(wú)線控制的功能，特別適合用于上述的機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)等高響應(yīng)速率的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　2 高動(dòng)態(tài)范圍模擬調(diào)光電路

　　2. 1 概述

　　常見的LED 恒流電路有以下兩種: 線性恒流電路和開關(guān)恒流電路。線性恒流電路通過(guò)監(jiān)控采樣電阻上的電壓，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)三極管的導(dǎo)通程度，控制電流，并將輸入電壓高于LED 串電壓的部分承擔(dān)。而開關(guān)恒流電路則在其不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出，同樣得到恒流的效果。相比而言，如果輸入電壓和燈串電壓差別較大時(shí)，在大電流下線性電路三極管的壓降會(huì)造成較大的功率損耗，導(dǎo)致較低的效率。

圖1 線性恒流電路

圖2 開關(guān)恒流電路

　　2. 2 具體電路設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)有的開關(guān)電源控制芯片也有提供模擬調(diào)光功能，但是調(diào)光比都很小，一般在幾十左右，是作為PWM 調(diào)光的一個(gè)補(bǔ)充，這個(gè)調(diào)光比和前述機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)的要求差距較大。針對(duì)上述情況，本文重新對(duì)線性恒流電路進(jìn)行了改進(jìn)，在這部分電路前增加了可變降壓電路， 用于匹配輸入電壓和LED 燈串電壓，提高效率; 同時(shí)使用高精度的D /A 來(lái)控制電流輸出，得到一個(gè)較高的模擬調(diào)光比。整個(gè)電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3，在AC /DC 電源的輸出總線上可以掛載多于一路的可調(diào)恒流電路，通過(guò)ZigBee 模塊進(jìn)行輸出電流控制，保證每一路輸出的電流準(zhǔn)確，可調(diào)。

圖3 電路結(jié)構(gòu)示意圖