數(shù)字化新穎光源的實(shí)現(xiàn)
摘要:用GaAs/Si高亮聚光LED的Digital Light實(shí)現(xiàn)魔幻彩燈,簡述了CIE計(jì)色制、Digital Light工作原理,論述了軟件PWM實(shí)現(xiàn)方法,給出了系統(tǒng)框圖,說明了系統(tǒng)特點(diǎn)和與傳統(tǒng)光源比較的系統(tǒng)優(yōu)越性。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/225760.htm 關(guān)鍵詞:GaAs/Si LED Digital Light PWM編程
引言
Digital Light是國外近年以GaAs/Si為發(fā)光材料制成的一種新穎的舞臺(tái)照明光源。其實(shí)現(xiàn)機(jī)理是沿用電視視頻R、G、B成象原理。但一改傳統(tǒng)的R、G、B電子束轟擊熒光材料得到所需光源的方法而是以 LED產(chǎn)生R、G、B點(diǎn)光源,照射于漫射玻璃,形成混合光得到照射光源。這種光源產(chǎn)生與傳統(tǒng)的光源(白熾燈、日光燈和鈉燈等)相比更具節(jié)能性、綠色和光色調(diào)的可控制性,以及Digital Light在模擬各種發(fā)光光源的光譜和光照的柔和性等方面非常靈活。以這種新發(fā)光光源取代傳統(tǒng)的照明光源,在舞臺(tái)照明以及一些對(duì)光源綠色化和藝術(shù)化要求越來越高的場(chǎng)合有非常廣闊的市場(chǎng)前景。
系統(tǒng)構(gòu)成
Digital Light光源系統(tǒng)由GaAs/Si發(fā)光材料LED組成紅、綠、藍(lán)三簇點(diǎn)光源,并按照一定的幾何形狀排列后投射到漫射介質(zhì),產(chǎn)生混色,形成照射光源。對(duì)于R、G、B LED我們以PWM信號(hào)方式加以驅(qū)動(dòng)。對(duì)于不同的混色光譜分別控制三路驅(qū)動(dòng)信號(hào),以產(chǎn)生最佳的光源光譜。以Zilog公司的高性價(jià)比MCU——Z86E33為核心,利用手動(dòng)控制或計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制的方法使MCU產(chǎn)生類似視頻顯示的 “R”、“G”、“B” 3路PWM序列脈沖信號(hào),經(jīng)過放大后,驅(qū)動(dòng)LED(紅、綠、藍(lán)),得到適于人類視覺感覺的色飽和度及亮度要求的紅、綠、藍(lán)三種視覺顯示基色,適合人類生理要求的照射顏色與照射亮度,以及各種應(yīng)用場(chǎng)合環(huán)境所需要的光色等。由于PWM脈沖序列產(chǎn)生采用了Z86E33經(jīng)濟(jì)型MCU,使得所需照射光光譜變化十分靈活。系統(tǒng)以SOP為設(shè)計(jì)思想,充分利用了軟件編程的靈活性和技巧性,將各種顯色功能以算法模型在Z86E33中實(shí)現(xiàn),魔幻彩燈控制部分見圖1。此外,利用單片機(jī)編程特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)PWM脈沖多樣化,控制智能化,即可實(shí)現(xiàn)多種顏色變化方案,亮度、飽和度自適應(yīng),且可使其成為信息家電、現(xiàn)代化娛樂場(chǎng)所照明系統(tǒng)的重要組成部分等諸多功能。系統(tǒng)框圖見圖2。
顯色模型編程實(shí)現(xiàn)
Z86E33是Zilog公司推出的一款經(jīng)濟(jì)型MCU。它具有:多累加器結(jié)構(gòu);12/16MHz;24個(gè)I/O口;4K ROM;237 Byte RAM;6級(jí)中斷和尋址功能;兩路模擬比較器;WDT/POR功能;兩路可編程計(jì)數(shù)器及兩路6Bit定標(biāo)器;RAM、ROM保護(hù)功能。
由于這一經(jīng)濟(jì)型MCU不提供PWM端口功能,所以在Digital Light的應(yīng)用上必須采用軟件方法克服這類芯片的功能不足。
漫射玻璃面上的光譜對(duì)R、G、B三基色的照射光強(qiáng)度比例的非線性(CIE計(jì)色制),如圖3所示。
由圖3可得物理三基色和計(jì)算三基色的線性方程:
(X)=0.4185?-0.0912(G)+0.0009(B)
(Y)=-0.1587?-0.2524(G)+0.0025(B)
(Z)=-0.0828?+0.0157(G)+0.01786(B)
以及
(R)=2.7689(X)+1.0000(Y)+0.0000(Z)
(G)=1.7518(X)+4.5907(Y)+0.0565(Z)
(B)=1.1302(X)+0.0601(Y)+5.5943(Z)
系統(tǒng)中三基色光強(qiáng)以MCU編程對(duì)PWM信號(hào)脈沖寬度控制實(shí)現(xiàn)。
PWM信號(hào)產(chǎn)生流程見圖4。
為了得到魔幻彩燈所需的固定顏色、水洗色、回聲色、隨機(jī)色、水波色,對(duì)PWM信號(hào)采用了多組實(shí)驗(yàn)?zāi)M。系統(tǒng)中我們利用12個(gè)撥碼開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)控制,得到了各種顯色效果,見表1,表2。
表1
開關(guān) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
固定顏色 | 8層RED色選擇(隨0→) | 8層GREEN色選擇(隨0→7數(shù)值遞增) | 8層BLUE色選擇(隨0→7數(shù)值遞增) | ON | ON | ON | ||||||
水洗色 | 速度(64層即從0.5秒到2小時(shí)) | 飽和度 | 亮度 | 方向 | ON | ON |
表2
回聲色 | 結(jié)束顏色(RED、YELLOW、GREEN、INDIGO、BLUE、VIOLET、WHITLE、N|BLACK) | 開始顏色(RED、YELLOW、GREEN、INDIGO、BLUE、VIOLET、WHITLE、BLACK) | 速度(8層即從5秒到1小時(shí)) | 空 | ON | 空 | ||
隨機(jī)色 | 速度(32層即從0.1秒到2小時(shí)) | 飲和度 | 空 | 空 | 空 | ON | ||
水波色 | 速度(32層從0.5秒到2小時(shí)) | 空 | 空 | 空 | 空 | ON | 空 | ON |
系統(tǒng)特點(diǎn)
系統(tǒng)特點(diǎn)如下:
一、充分利用LED發(fā)光原理,實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換(電能到光能)的高效率和降低了照明器件的發(fā)熱量,這在很大程度上提高了照明工具的壽命。
二、充分利用PWM調(diào)制的靈活性,并可使PWM脈沖頻率達(dá)到5KHz,甚至更高,使光色非常柔和。
三、通過RS232接口和I2C 總線與信息家電控制中心、各種娛樂場(chǎng)所控制中心等互聯(lián),拓展了照明工具應(yīng)用的范圍和深度。
四、利用各種光學(xué)手段并結(jié)合不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)R、G、B等色光進(jìn)行漫射、混合等處理,使燈光的顏色、飽和度和亮度達(dá)到了一般多色彩照明燈具所達(dá)不到的效果。
五、根據(jù)不同層次的需求,可開發(fā)出大批的不同性能價(jià)格層次的照明系統(tǒng),極具靈活性。
結(jié)語
以R、G、B LED構(gòu)成的Digital Light其光照效果采用了CIE計(jì)色制方法,使其光譜的靈活調(diào)節(jié)性大為提高, MCU的智能控制方式使得這類光源的光照特性較傳統(tǒng)的多色彩照射光源(如舞臺(tái)色彩射燈、廣告藝術(shù)效果燈)控制更為靈活方便。以Z86E33MCU的多累加器的特點(diǎn)和編程算法的合理運(yùn)用使系統(tǒng)更為小巧緊湊,較采用大容量存儲(chǔ)器的其他類型的MCU無論是SOP的結(jié)構(gòu)或是性價(jià)比有很大的提高。此外,Digital Light的GaAs/Si LED的電光轉(zhuǎn)換效率較之傳統(tǒng)光源電光轉(zhuǎn)換效率有很大程度的提高,故這也是一種低能耗的新型光源。LED的光柵隨時(shí)間跌落效應(yīng)遠(yuǎn)優(yōu)于熒光燈,所以這種新型光源在今后的幾年中市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。
評(píng)論