基于小型MCU的LED照明的色彩控制方案
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都无法产生高显色指数（CRI），该参数用于衡量光源真实重现色彩的能力。
通过混合两种或两种以上颜色的LED光，可以获得品质更高的白光系统。在这些多色系统中，每种色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）可用于维持特定颜色和相关色温（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。
图1 LED色控系统方案
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色过滤器，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，它们在颜色可调的LED照明设计中非常有用。
对色彩控制系统来说，PIC24FJ16GA002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色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。校准过程使用色度计来将不同颜色LED的输出与光谱响应和光传感器的灵敏度在标准色度坐标系中 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）色度图坐标进行比较，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。一些色彩控制系统可 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。
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进行控制的多色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色彩控制LED照明系统将使人们能够用不同的眼“光”看世界。
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