数字化新颖光源的实现

2006-05-07 15:50:16来源: 电子产品世界


系统构成

    Digital Light光源系统由GaAs/Si发光材料LED组成红、绿、蓝三簇点光源,并按照一定的几何形状排列后投射到漫射介质,产生混色,形成照射光源。对于R、G、B LED我们以PWM信号方式加以驱动。对于不同的混色光谱分别控制三路驱动信号,以产生最佳的光源光谱。以Zilog公司的高性价比MCU——Z86E33为核心,利用手动控制或计算机远程控制的方法使MCU产生类似视频显示的 “R”、“G”、“B” 3路PWM序列脉冲信号,经过放大后,驱动LED(红、绿、蓝),得到适于人类视觉感觉的色饱和度及亮度要求的红、绿、蓝三种视觉显示基色,适合人类生理要求的照射颜色与照射亮度,以及各种应用场合环境所需要的光色等。由于PWM脉冲序列产生采用了Z86E33经济型MCU,使得所需照射光光谱变化十分灵活。系统以SOP为设计思想,充分利用了软件编程的灵活性和技巧性,将各种显色功能以算法模型在Z86E33中实现,魔幻彩灯控制部分见图1。此外,利用单片机编程特点,实现PWM脉冲多样化,控制智能化,即可实现多种颜色变化方案,亮度、饱和度自适应,且可使其成为信息家电、现代化娱乐场所照明系统的重要组成部分等诸多功能。系统框图见图2。

显色模型编程实现

   
Z86E33是Zilog公司推出的一款经济型MCU。它具有:多累加器结构;12/16MHz;24个I/O口;4K ROM;237 Byte RAM;6级中断和寻址功能;两路模拟比较器;WDT/POR功能;两路可编程计数器及两路6Bit定标器;RAM、ROM保护功能。

    由于这一经济型MCU不提供PWM端口功能,所以在Digital Light的应用上必须采用软件方法克服这类芯片的功能不足。

    漫射玻璃面上的光谱对R、G、B三基色的照射光强度比例的非线性(CIE计色制),如图3所示。

    由图3可得物理三基色和计算三基色的线性方程:

    (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)

    系统中三基色光强以MCU编程对PWM信号脉冲宽度控制实现。

    PWM信号产生流程见图4。

    为了得到魔幻彩灯所需的固定颜色、水洗色、回声色、随机色、水波色,对PWM信号采用了多组实验模拟。系统中我们利用12个拨码开关进行手动控制,得到了各种显色效果,见表1,表2。

表1

开关  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
固定颜色 8层RED色选择(随0→) 8层GREEN色选择(随0→7数值递增) 8层BLUE色选择(随0→7数值递增) ON ON ON
水洗色 速度(64层即从0.5秒到2小时) 饱和度 亮度 方向 ON ON  

表2

回声色 结束颜色(RED、YELLOW、GREEN、INDIGO、BLUE、VIOLET、WHITLE、N|BLACK) 开始颜色(RED、YELLOW、GREEN、INDIGO、BLUE、VIOLET、WHITLE、BLACK) 速度(8层即从5秒到1小时) ON
随机色 速度(32层即从0.1秒到2小时) 饮和度 ON
水波色 速度(32层从0.5秒到2小时)

ON ON

系统特点

    系统特点如下:

    一、充分利用LED发光原理,实现了能量转换(电能到光能)的高效率和降低了照明器件的发热量,这在很大程度上提高了照明工具的寿命。

    二、充分利用PWM调制的灵活性,并可使PWM脉冲频率达到5KHz,甚至更高,使光色非常柔和。

    三、通过RS232接口和I2C 总线与信息家电控制中心、各种娱乐场所控制中心等互联,拓展了照明工具应用的范围和深度。

    四、利用各种光学手段并结合不同结构设计对R、G、B等色光进行漫射、混合等处理,使灯光的颜色、饱和度和亮度达到了一般多色彩照明灯具所达不到的效果。

    五、根据不同层次的需求,可开发出大批的不同性能价格层次的照明系统,极具灵活性。

结语

   
以R、G、B LED构成的Digital Light其光照效果采用了CIE计色制方法,使其光谱的灵活调节性大为提高, MCU的智能控制方式使得这类光源的光照特性较传统的多色彩照射光源(如舞台色彩射灯、广告艺术效果灯)控制更为灵活方便。以Z86E33MCU的多累加器的特点和编程算法的合理运用使系统更为小巧紧凑,较采用大容量存储器的其他类型的MCU无论是SOP的结构或是性价比有很大的提高。此外,Digital Light的GaAs/Si LED的电光转换效率较之传统光源电光转换效率有很大程度的提高,故这也是一种低能耗的新型光源。LED的光栅随时间跌落效应远优于荧光灯,所以这种新型光源在今后的几年中市场前景相当广阔。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200605/3419.html
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