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[導(dǎo)讀]在科技高度發(fā)展的今天,電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快,LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展,為我們的城市裝飾得五顏六色。LED作為一種新型光源,以其低供電電壓,低功耗,長壽命,無輻射的特點(diǎn),在許多場合得到應(yīng)用,隨著近年來其亮度的不斷提高,特別是超高亮LED的出現(xiàn),發(fā)光二極管得到了廣泛的應(yīng)用。

在科技高度發(fā)展的今天,電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快,LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展,為我們的城市裝飾得五顏六色。LED作為一種新型光源,以其低供電電壓,低功耗,長壽命,無輻射的特點(diǎn),在許多場合得到應(yīng)用,隨著近年來其亮度的不斷提高,特別是超高亮LED的出現(xiàn),發(fā)光二極管得到了廣泛的應(yīng)用。

從傳統(tǒng)的僅作室內(nèi)儀表信號指示,逐步發(fā)展到應(yīng)用于交通信號燈、汽車信號燈、背光源、室內(nèi)外大屏幕顯示,以及目前正向照明領(lǐng)域的深入。目前LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用主要還集中在燈飾照明中。LED本身的致光特性,使其具有易控制,頻閃快的特點(diǎn),由此可以利用嵌入式微處理器,按PWM(占空比)方式獨(dú)立控制R(紅),G(綠),B(藍(lán))發(fā)光灰度,從而實(shí)現(xiàn)全彩效果的LED燈光控制技術(shù)。由于采用超高亮LED的裝飾照明燈具,其亮度已達(dá)到要求,且它在壽命,功耗,控制花樣等方面和霓虹燈相比具有十分明顯的優(yōu)勢,目前已開始逐步推廣,預(yù)計今后幾年將會有比較大的發(fā)展。

控制單元

控制單元是指可獨(dú)立變化出全彩色的燈具單元,也可稱作像素。它至少應(yīng)包含一只紅色LED、一只綠色LED、一只藍(lán)色LED,各顏色LED的數(shù)目根據(jù)配色要求按一定比例構(gòu)成。可將這些控制單元制作成單個燈具,亦可按一定形狀或圖案排列起來,形成線狀或面狀光源。需要注意的是,由三種顏色的LED構(gòu)成的一個單元,通常必須進(jìn)行混光處理,否則不能看到理想的全彩效果。在同一個發(fā)光單元中LED應(yīng)緊密排列,這樣可使得各LED的光斑在觀賞者眼中成像重疊;相鄰發(fā)光單元中心距應(yīng)相同,并且該中心距滿足:D≥2*L*tan(θ/2),式中D為相鄰發(fā)光單元的最小中心距,L為正常使用時觀看點(diǎn)與光源部位的垂直距離,θ為人眼最小分辨角。這樣通過控制電路可使燈具顯示出豐富的色彩。

通過控制系統(tǒng)獨(dú)立控制每個發(fā)光單元中的三種發(fā)光二極管的灰度級別,亦即控制每個發(fā)光單元中的紅、綠、藍(lán)三種顏色各自的亮度,就可使每個發(fā)光單元調(diào)配出多種不同的顏色,若在同一時間內(nèi)控制不同的發(fā)光單元顯示出不同的顏色,就可使燈具的整個發(fā)光部位呈現(xiàn)出色彩斑斕的效果。目前出現(xiàn)的功能比較強(qiáng)大的控制系統(tǒng),可通過軟件設(shè)置每個控制單元的顏色值,根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù),設(shè)置各個顏色的灰度級別,一般為256級(8位),目前具有代表性的有臺灣點(diǎn)晶科技的一款DM413全彩LED阿驅(qū)動芯片,帶有灰度發(fā)生器,默認(rèn)為256級灰度,最高可設(shè)置為8192 級灰度,實(shí)現(xiàn)的效果極為細(xì)膩。單個DM413芯片只控制一個顯示單元,使得每個控制單元的電路相同,而且非常簡單,一次開發(fā),重復(fù)使用。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個控制系統(tǒng)分為兩個部分:控制器部分和LED驅(qū)動部分(見圖1)??刂破鞑糠质窍到y(tǒng)的核心部分,它最基本的功能是將每個控制單元的顏色數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)控制單元,使所有單元相互配合,產(chǎn)生用戶預(yù)想的效果;LED驅(qū)動部分的功能是接收顏色數(shù)據(jù)并驅(qū)動LED按該數(shù)據(jù)所表示的亮度值顯示。每個基于DM413的LED驅(qū)動模塊,單獨(dú)控制一個LED燈具單元,每個模塊結(jié)構(gòu)相同,與控制器的連接方式也相同。

系統(tǒng)采用串行級聯(lián)的方式連接,每個模塊具有輸入和輸出接口,前一模塊的輸出接口通過數(shù)據(jù)線與后一模塊的輸入接口連接,直到最后一個模塊為止。LED驅(qū)動模塊(見圖2)是以DM413為核心的電路,DM413具有若干信號輸入輸出引腳及多個功能設(shè)定引腳。信號通過輸入接口給DM413 相應(yīng)的輸入引腳。3個輸出引腳用于連接LED,可分配給R,G,B三個顏色,同一個輸出引腳接相同顏色的LED,根據(jù)配色需要,每個輸出引腳可接一個或多個LED。輸入的串行信號通過輸出引腳發(fā)送出來,通過輸出接口傳到下一級芯片。

 


 

 


 

控制原理

LED控制器內(nèi)置高性能單片微型控制芯片,控制器通過內(nèi)部控制程序向LED驅(qū)動芯片發(fā)送控制信號和數(shù)據(jù),LED驅(qū)動芯片根據(jù)控制信號和數(shù)據(jù)的要求,產(chǎn)生相應(yīng)的動作,從而對每一路紅、綠、藍(lán)LED實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的控制。若微控制器連續(xù)地向一串LED 驅(qū)動芯片發(fā)送控制信號和數(shù)據(jù),則可使各LED受到連續(xù)的協(xié)調(diào)控制??蓪㈩A(yù)想的變化效果轉(zhuǎn)化成LED控制器可處理的數(shù)據(jù)格式及適當(dāng)?shù)目刂浦噶?,再連續(xù)地發(fā)送給各個LED驅(qū)動芯片,則可使整體燈飾表現(xiàn)出想要的效果。此處,和控制器緊密配合,操作簡便,功能強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)成為必要。以下先分析控制系統(tǒng)的原理。

控制器輸出接口具有三條信號線:一條串行數(shù)據(jù)輸出線,一條時鐘信號輸出線及一條鎖存信號線。這三條線分別接到驅(qū)動芯片相應(yīng)的3個引腳上。和一般的串行移位機(jī)制相同,在時鐘信號的控制下,串行數(shù)據(jù)在驅(qū)動芯片內(nèi)部移位寄存,由于串行數(shù)據(jù)表示的是每種顏色的灰度級別,而不是簡單的開關(guān)信號,所以芯片內(nèi)部的移位速率比7彩應(yīng)用的芯片(如74HC595)要高很多。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送接收完畢,控制器向驅(qū)動芯片發(fā)送鎖存信號,使LED驅(qū)動芯片鎖存已存儲的數(shù)據(jù), DM413在鎖存的同時會根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)驅(qū)動LED發(fā)光。有些芯片另有一個輸出使能引腳,用于單獨(dú)控制輸出信號。LED發(fā)光灰度是由驅(qū)動芯片所存儲的數(shù)據(jù)決定的,全彩驅(qū)動芯片內(nèi)置灰度產(chǎn)生器,采用PWM方式。

該方式控制LED以人眼分辨不出的高頻率快速亮滅,根據(jù)芯片所存儲的數(shù)據(jù)設(shè)定亮和滅所占的比例,即實(shí)現(xiàn)灰度級別的控制。DM413可選擇三種灰度級別,8位(256),10位(1024)和13位(8192),即可使每種顏色產(chǎn)生256級(以256 級灰度為例)灰度等級,單獨(dú)控制三種顏色的灰度,則可組合出256*256*256種(16777216種)顏色。將若干燈具單元排列起來,即可按這種方式顯示出細(xì)膩生動的圖案,動畫效果。

軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)是控制系統(tǒng)和燈光效果設(shè)計師的交互窗口,它具有十分重要的作用。軟件系統(tǒng)的作用是讓光效設(shè)計師通過簡便的,人性化的操作編輯出預(yù)想的效果,并轉(zhuǎn)化為控制系統(tǒng)可接受的數(shù)據(jù)格式和控制指令。這些效果包含常規(guī)的顏色跳變,漸變,彩虹滾動等,也可能包含文字,圖片的顯示,視頻,動畫的播放等。軟件系統(tǒng)根據(jù)特定的效果,計算每個控制單元的顏色數(shù)據(jù),最終生成用于控制器的光效文件。根據(jù)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)或脫機(jī)特性,軟件的使用略有不同??刂葡到y(tǒng)具有一套完善的配套軟件,可極大的簡化光效的編輯,甚至完成一些人工無法完成的效果。

結(jié)束語

LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(fā)光器件,具有工作電壓低,耗電量小,發(fā)光效率高,發(fā)光響應(yīng)時間極短,光色純,結(jié)構(gòu)牢固,抗沖擊,耐振動,性能穩(wěn)定可靠,重量輕,體積小,成本低等一系列特性,發(fā)展突飛猛進(jìn),現(xiàn)已能批量生產(chǎn)各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。

隨著發(fā)光二極管發(fā)光效率的提高,再結(jié)合相應(yīng)控制技術(shù)的進(jìn)步,相信在不久的將來,LED光源會逐步取代傳統(tǒng)的照明光源,而掀起一次照明領(lǐng)域新的革命?,F(xiàn)在的LED燈或許會有一些問題,但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,在我們科研人員的努力下,這些問題終將唄解決,未來的LED一定是高效率,高質(zhì)量的。

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