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基于小型MCU的LED照明的 {MOD}彩控制方案
在大趋势下，LED用于通用照明指日可待。LED在通用照明中优势很多，如寿命更长以及效率更高。然而， LED技术还面临着一些挑战。其中一个挑战就是如何产生高品质的白光。白光LED的构成包含了蓝光LED和能将光输出移至光谱的其他波段的一种荧光粉。许多白光LED都无法产生高显 {MOD}指数（Color Rendering Index，CRI），该参数用于衡量光源真实重现 {MOD}彩的能力。 通过混合两种或两种以上颜 {MOD}的LED光，可以获得品质更高的白光系统。在这些多 {MOD}系统中，每种 {MOD}源的光输出会随时间和温度而漂移。光传感器和小型单片机 （MCU）可用于维持特定颜 {MOD}和相关 {MOD}温（CorrELated Color Temperature，CCT）。在本文中，我们将进一步了解传感器、所需MCU资源和软件。
目前市场上有许多经济实惠的小型光传感器，它们可以向MCU提供用于处理的信息。典型地，传感器具有一些可选的颜 {MOD}过滤器，用于测量红光、绿光、蓝光或白光 （无过滤器）。光传感器输出接口可通过一系列的方法与MCU连接。光转电压传感器通过输出电压与模数转换器（ADC）相连。光转频率传感器提供变频输出， 输出频率与光的量成正比。这些传感器的脉冲输出可以在MCU定时器中进行累加，以确定光照级别。光转数字传感器通常具有串行数字接口，例如I2C。每种类 型的传感器接口都具有独特的优点，且需要不同的MCU资源。图1所示的系统框图给出了多种MCU外设，它们在颜 {MOD}可调的LED照明设计中非常有用。 在完整的闭环 {MOD}彩控制系统中，MCU必须读取来自光传感器的颜 {MOD}成分，校准光传感器输出，并通过调节各个LED驱动器的输出获得想要的颜 {MOD}。LED需要使用恒流驱动器来维持光输 出的一致性。这可以使用各种驱动器技术实现，这些技术包括线性和开关模式解决方案。最终的选择取决于诸如效率要求、输入电压范围和所用LED数量等因素。 驱动器输出可以使用不同的方法来控制。首先，MCU可以通过数模转换器（DAC）或数字电位计来产生模拟参考电压。参考电压可以使驱动器输出在零至最大电流 之间变化。MCU还可以提供用于调制驱动器输出的PWM信号。PWM信号可用于使能/禁止驱动器本身，或者用于控制将LED与驱动器输出断开的开关。如果 使用PWM控制，则选择的PWM频率要足够高，这样人眼才能察觉不到任何闪烁。 设计人员必须确定 {MOD}彩控制系统要求的控制分辨率需要达到何种程度，以便选择具备相应外设的MCU。对于光转电压传感器，MCU上ADC的测量分辨率很重要。光转频率传感器需要一个通过外部时钟实现递增的MCU时基。光转数字传感器需要相应的串行通信接口外设。 带多个PWM外设的MCU可用于控制各个LED驱动器。在高分辨率 {MOD}彩控制系统中，首选具有16位或更高控制分辨率的PWM外设。串行通信外设（如UART、SPI、I2C、LIN和USB等）支持输入/输出控制和显示功能。 对 {MOD}彩控制系统来说，PIC24FJ16GA002（见图2）之类的MCU器件是上佳之选。PIC24器件具有28引脚的小尺寸封装，程序存储器范围为 16 至64 KB，并且在单个器件中提供了串行通信接口、10位ADC和5个PWM通道。16位MCU内核可以轻松地处理与传感器校准和 {MOD}彩控制有关的算术运算。 传感器数据输出必须根据参考电压进行校准，以提供一致的结果。校准过程使用 {MOD}度计来将不同颜 {MOD}LED的输出与光谱响应和光传感器的灵敏度在标准 {MOD}度坐标系中 进行数学关联。校准过程会生成一个系数矩阵，它必须随照明系统存储在非易失性存储器中，并在控制系统的每次控制中用于确定关联和所需输出之间的差。 完成校准后，MCU可以将传感器数据与理想的CIE（国际照明委员会） {MOD}度图坐标进行比较，并对输出通道进行调节，直到得到理想的CCT为止。每个输出通道 的PID控制算**使用校准值调节传感器数据，求得与目标设置点的差，然后调节输出通道。为了减小误差，PID会不断运行，直到输出CCT与设置点CCT 匹配为止。PID系数可以进行微调，以最大程度优化系统响应，但PID算法收敛至目标CCT的快慢也是MCU处理算术运算效率的函数。一些 {MOD}彩控制系统可 能需要比其他系统更快的处理速度和响应速度。例如，通用照明系统的要求要比HDTV面板的局部调光系统低。 光源可调或具有高 CRI的系统有一系列的用户控制要求。带图形LCD显示屏的医疗设备可能具有可调的LED背光（它要求MCU通过SPI与LCD进行通信），以及用于调节 CCT和亮度的触摸屏界面。商用显示设备的通用照明可能要求通过中央面板或计算机进行控制，以根据一天中的各个时段自动调节亮度、CCT和开/关。这些设 备之间的通信可以使用硬连线串行总线协议（例如DALI或DMX512）实现，而其他一些设备可能需要使用通过USB或以太网实现的自定义接口。在已竣工 的建筑物中，安装硬连线基础结构可能不行，需要通过无线通信和协议（例如ZigBee）进行控制。对于此类照明应用，带有灵活外设的MCU是实现通信和用 户界面的理想之选。 蜡烛、煤油灯和白炽灯等光源技术取代了它们之前的技术，进而提高了人们的生活质量。预计LED光源比其他所有的光源技术更好地丰富我们的生活。LED具有能效高、尺寸小、便携、耐用和寿命长等优点。采用小型MCU进行控制的多 {MOD}LED可以调节光输出，提供适合照明空间的舒适光照。MCU可以智能地控制驱动器电路（使能效最大）、监视一些情况，以及最大程度提高能效和平均寿命。 MCU {MOD}彩控制LED照明系统将使人们能够用不同的眼“光”看世界。
在大趋势下，LED用于通用照明指日可待。LED在通用照明中优势很多，如寿命更长以及效率更高。然而， LED技术还面临着一些挑战。其中一个挑战就是如何产生高品质的白光。白光LED的构成包含了蓝光LED和能将光输出移至光谱的其他波段的一种荧光粉。许多白光LED都无法产生高显 {MOD}指数（Color Rendering Index，CRI），该参数用于衡量光源真实重现 {MOD}彩的能力。 通过混合两种或两种以上颜 {MOD}的LED光，可以获得品质更高的白光系统。在这些多 {MOD}系统中，每种 {MOD}源的光输出会随时间和温度而漂移。光传感器和小型单片机 （MCU）可用于维持特定颜 {MOD}和相关 {MOD}温（CorrELated Color Temperature，CCT）。在本文中，我们将进一步了解传感器、所需MCU资源和软件。
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