Control Technology of Ultra High Brightness leds in the Application of Architectual Lighting
佛山市光電器材公司/作者：董剛 林達(dá)儒 指導(dǎo)：余彬海 博士

摘　　要
　　本文討論了一種在裝飾照明應(yīng)用中，用超高亮紅（R）綠（G）藍(lán)（B）led作為光源，采用嵌入式微控制器，按占空比方式實(shí)現(xiàn)對若干個(gè)紅、綠、藍(lán)led發(fā)光灰度實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)字化控制，使其產(chǎn)生全彩動態(tài)變化效果的led燈光控制技術(shù)
　　This paper discusses an LED lighting control technology,with which an embedded home micro-controller is used to realize separated digital control of light emitting grey scale for RGB LEDs,using ultra high brightness RGB LED as light source,by the form of duty ratio in the application of architectural lighting and bring about full color lighting with a changeable dynamic effect.

　　1.引言
　　近年來，隨著新材料新工藝的不斷發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度有了很大的提高，從幾十個(gè)毫燭光提高到了幾千個(gè)毫燭光，發(fā)光效率也超過了白熾燈。
　　隨著LED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，并正在向照明領(lǐng)域深入。
作為照明領(lǐng)域的一部分裝飾照明中，對照明亮度要求不高，但要求顏色豐富、變化活躍；而超高亮LED恰好以其顏色豐富、驅(qū)動和控制較霓虹燈簡單、變化多樣，且壽命長、功耗低等眾多優(yōu)勢而受青睞。目前，在裝飾照明領(lǐng)域中超高亮LED正被逐步推廣，預(yù)計(jì)在不久的將來會單獨(dú)形成一種產(chǎn)業(yè)。
　　本文將要討論的是：在裝飾照明應(yīng)用中，用超高亮紅（R）綠（G）藍(lán)（B）LED作為光源，采用嵌入式微控制器，按占空比方式實(shí)現(xiàn)對若干個(gè)紅、綠、藍(lán)led發(fā)光灰度實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)字化控制，使其產(chǎn)生全彩動態(tài)變化效果的led燈光控制技術(shù)。
　　2.LED的排列結(jié)構(gòu)
　　在這里，我們引入了發(fā)光單元的概念，即將超高亮紅、綠、藍(lán)LED根據(jù)配色要求按一定比例構(gòu)成發(fā)光單元，每個(gè)發(fā)光單元至少排列有一只紅色LED、一只綠色LED、一只藍(lán)色LED，再將若干個(gè)同種結(jié)構(gòu)的發(fā)光單元按一定形狀或圖案排列起來，形成線狀或面狀光源。在同一個(gè)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(shí)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飾顯示出豐富的色彩。例如，可獨(dú)立控制每個(gè)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(gè)發(fā)光單元中的紅、綠、藍(lán)三種顏色所占的比例，就可使每個(gè)發(fā)光單元調(diào)配出多種不同的顏色，若在同一時(shí)間內(nèi)控制不同的發(fā)光單元顯示出不同的顏色，就可使裝飾燈的整個(gè)發(fā)光部位呈現(xiàn)出色彩斑斕的效果。若將發(fā)光單元排列成一定的圖案或文字形狀，則可控制燈飾產(chǎn)生動態(tài)的圖案、文字變化效果。
　　3.控制電路結(jié)構(gòu)
　　如附圖所示，整個(gè)電路分為兩部分：1、嵌入式控制器電路；2、顯示控制電路。顯示控制電路分為三個(gè)模塊：紅色模塊，綠色模塊，藍(lán)色模塊。每個(gè)模塊結(jié)構(gòu)相同，各模塊與嵌入式微控制器的連接方式也相同。每一個(gè)模塊是由若干個(gè)led驅(qū)動芯片級聯(lián)組成，前一級led驅(qū)動芯片通過數(shù)據(jù)線與下一級led驅(qū)動芯片連接。嵌入式微控制器通過信號線與模塊中各led驅(qū)動芯片相連接。每一個(gè)LED驅(qū)動芯片有若干個(gè)輸出端，每一個(gè)輸出端可根據(jù)配色需要接一只或多只LED管，同一個(gè)模塊中各輸出端所接的發(fā)光二極管顏色相同 。紅、綠、藍(lán)三個(gè)模塊內(nèi)部各LED驅(qū)動芯片連接結(jié)構(gòu)以及各模塊與嵌入式微控制器連接結(jié)構(gòu)完全相同。

　　4.控制原理
　　通過內(nèi)置于微控制器中的控制程序，由微控制器向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，從而對每一只紅、綠、藍(lán)LED實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的控制。若微控制器連續(xù)地向各LED驅(qū)動芯片不斷發(fā)送控制信號和數(shù)據(jù)，使各LED受到連續(xù)的協(xié)調(diào)控制，可使整體燈飾產(chǎn)生各種顏色、多種變化的動態(tài)顯示效果在附圖中，（1）是嵌入式微控制器，（2）是LED驅(qū)動芯片，整個(gè)顯示控制電路按照控制需要，分為紅、綠、藍(lán)三個(gè)控制模塊，每一個(gè)模塊結(jié)構(gòu)和控制原理基本相同，下面具體分析其控制原理。
　　微控制器通過一條數(shù)據(jù)輸出線向LED驅(qū)動芯片的串行數(shù)據(jù)輸入腳發(fā)送串行數(shù)據(jù)，另一條數(shù)據(jù)輸出線向LED驅(qū)動芯片的時(shí)鐘信號輸入腳發(fā)送時(shí)鐘控制信號，在時(shí)鐘控制信號的作用下，串行數(shù)據(jù)在LED驅(qū)動芯片內(nèi)部移位寄存，當(dāng)接收完數(shù)據(jù)后，微控制器向LED驅(qū)動芯片的數(shù)據(jù)鎖存輸入腳發(fā)出鎖存信號，使LED驅(qū)動芯片鎖存已存儲的數(shù)據(jù)。接著微控制器向LED驅(qū)動芯片的輸出允許控制腳發(fā)出輸出使能信號，使LED驅(qū)動芯片根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)驅(qū)動LED發(fā)光。由于LED驅(qū)動芯片存儲的數(shù)據(jù)決定了LED驅(qū)動腳高低電平排列組合