LED全彩灯光控制系统介绍

背景

LED作为一种新型光源，以其低供电电压，低功耗，长寿命，无辐射的特点，在许多场合得到应用，随着近年来其亮度的不断提高，特别是超高亮LED的 出现，发光二极管得到了广泛的应用，从传统的仅作室内仪表信号指示，逐步发展到应用于交通信号灯、汽车信号灯、背光源、室内外大屏幕显示，以及目前正向照 明领域的深入。目前LED在照明领域的应用主要还集中在灯饰照明中。LED本身的致光特性，使其具有易控制，频闪快的特点，由此可以利用嵌入式微处理器， 按PWM（占空比）方式独立控制R（红），G（绿），B（蓝）发光灰度，从而实现全彩效果的LED灯光控制技术。由于采用超高亮LED的装饰照明灯具，其 亮度已达到要求，且它在寿命，功耗，控制花样等方面和霓虹灯相比具有十分明显的优势，目前已开始逐步推广，预计今后几年将会有比较大的发展。

控制单元

控制单元是指可独立变化出全彩色的灯具单元，也可称作像素。它至少应包含一只红色LED、一只绿色LED、一只蓝色LED，各颜色LED的数目根据 配色要求按一定比例构成。可将这些控制单元制作成单个灯具，亦可按一定形状或图案排列起来，形成线状或面状光源。需要注意的是，由三种颜色的LED构成的 一个单元，通常必须进行混光处理，否则不能看到理想的全彩效果。在同一个发光单元中LED应紧密排列，这样可使得各LED的光斑在观赏者眼中成像重叠;相 邻发光单元中心距应相同，并且该中心距满足：D≥2*L*tan(θ/2)，式中D为相邻发光单元的最小中心距，L为正常使用时观看点与光源部位的垂直距 离，θ为人眼最小分辨角。这样通过控制电路可使灯具显示出丰富的色彩。通过控制系统独立控制每个发光单元中的三种发光二极管的灰度级别，亦即控制每个发光 单元中的红、绿、蓝三种颜色各自的亮度，就可使每个发光单元调配出多种不同的颜色，若在同一时间内控制不同的发光单元显示出不同的颜色，就可使灯具的整个 发光部位呈现出色彩斑斓的效果。目前出现的功能比较强大的控制系统，可通过软件设置每个控制单元的颜色值，根据系统的参数，设置各个颜色的灰度级别，一般 为256级（8位），目前具有代表性的有台湾点晶科技的一款DM413全彩LED阿驱动芯片，带有灰度发生器，默认为256级灰度，最高可设置为8192 级灰度，实现的效果极为细腻。单个DM413芯片只控制一个显示单元，使得每个控制单元的电路相同，而且非常简单，一次开发，重复使用。

控制系统结构

整个控制系统分为两个部分：控制器部分和LED驱动部分（见图1）。 控制器部分是系统的核心部分，它最基本的功能是将每个控制单元的颜色数据发送给相应控制单元，使所有单元相互配合，产生用户预想的效果；LED驱动部分的 功能是接收颜色数据并驱动LED按该数据所表示的亮度值显示。每个基于DM413的LED驱动模块，单独控制一个LED灯具单元，每个模块结构相同，与控 制器的连接方式也相同。系统采用串行级联的方式连接，每个模块具有输入和输出接口，前一模块的输出接口通过数据线与后一模块的输入接口连接，直到最后一个 模块为止。LED驱动模块（见图2）是以DM413为核心的电路，DM413具有若干信号输入输出引脚及多个功能设定引脚。信号通过输入接口给DM413 相应的输入引脚。3个输出引脚用于连接LED，可分配给R，G，B三个颜色，同一个输出引脚接相同颜色的LED，根据配色需要，每个输出引脚可接一个或多 个LED。输入的串行信号通过输出引脚发送出来，通过输出接口传到下一级芯片。
图1

图2