利用小型MCU實現(xiàn)LED照明的色彩控制

對色彩控制系統(tǒng)來說，PIC24FJ16GA002(見圖2)之類的MCU器件是上佳之選。PIC24器件具有28引腳的小尺寸封裝，程序存儲器范圍為16 至64 KB，并且在單個器件中提供了串行通信接口、10位ADC和5個PWM通道。16位MCU內(nèi)核可以輕松地處理與傳感器校準(zhǔn)和色彩控制有關(guān)的算術(shù)運算。

傳感器數(shù)據(jù)輸出必須根據(jù)參考電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，以提供一致的結(jié)果。校準(zhǔn)過程使用色度計來將不同顏色LED的輸出與光譜響應(yīng)和光傳感器的靈敏度在標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)系中進(jìn)行數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)。校準(zhǔn)過程會生成一個系數(shù)矩陣，它必須隨照明系統(tǒng)存儲在非易失性存儲器中，并在控制系統(tǒng)的每次控制中用于確定關(guān)聯(lián)和所需輸出之間的差。

完成校準(zhǔn)后，MCU可以將傳感器數(shù)據(jù)與理想的CIE(國際照明委員會)色度圖坐標(biāo)進(jìn)行比較，并對輸出通道進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到得到理想的CCT為止。每個輸出通道的PID控制算法會使用校準(zhǔn)值調(diào)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)，求得與目標(biāo)設(shè)置點的差，然后調(diào)節(jié)輸出通道。為了減小誤差，PID會不斷運行，直到輸出CCT與設(shè)置點CCT 匹配為止。PID系數(shù)可以進(jìn)行微調(diào)，以最大程度優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)，但PID算法收斂至目標(biāo)CCT的快慢也是MCU處理算術(shù)運算效率的函數(shù)。一些色彩控制系統(tǒng)可能需要比其他系統(tǒng)更快的處理速度和響應(yīng)速度。例如，通用照明系統(tǒng)的要求要比HDTV面板的局部調(diào)光系統(tǒng)低。

光源可調(diào)或具有高 CRI的系統(tǒng)有一系列的用戶控制要求。帶圖形LCD顯示屏的醫(yī)療設(shè)備可能具有可調(diào)的LED背光(它要求MCU通過SPI與LCD進(jìn)行通信)，以及用于調(diào)節(jié) CCT和亮度的觸摸屏界面。商用顯示設(shè)備的通用照明可能要求通過中央面板或計算機(jī)進(jìn)行控制，以根據(jù)一天中的各個時段自動調(diào)節(jié)亮度、CCT和開/關(guān)。這些設(shè)備之間的通信可以使用硬連線串行總線協(xié)議(例如DALI或DMX512)實現(xiàn)，而其他一些設(shè)備可能需要使用通過USB或以太網(wǎng)實現(xiàn)的自定義接口。在已竣工的建筑物中，安裝硬連線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可能不行，需要通過無線通信和協(xié)議(例如ZigBee)進(jìn)行控制。對于此類照明應(yīng)用，帶有靈活外設(shè)的MCU是實現(xiàn)通信和用戶界面的理想之選。

蠟燭、煤油燈和白熾燈等光源技術(shù)取代了它們之前的技術(shù)，進(jìn)而提高了人們的生活質(zhì)量。采用LED作為光源已指日可待，預(yù)計它會比其他所有的光源技術(shù)更好地豐富我們的生活。LED具有能效高、尺寸小、便攜、耐用和壽命長等優(yōu)點。采用小型MCU進(jìn)行控制的多色 LED可以調(diào)節(jié)光輸出，提供適合照明空間的舒適光照。MCU可以智能地控制驅(qū)動器電路(使能效最大)、監(jiān)視一些情況，以及最大程度提高能效和平均壽命。 MCU色彩控制LED照明系統(tǒng)將使人們能夠用不同的眼“光”看世界。