本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LED具有光效高、體積小、光譜窄、壽命長等特點(diǎn)，利用這些特性可以創(chuàng)造出優(yōu)質(zhì)且智能的照明環(huán)境。有研究指出，照明環(huán)境的光源色溫對(duì)人體生理機(jī)能調(diào)節(jié)起著一定的作用，而人最適應(yīng)的色溫在一天之中也是隨之變化的，所以人們需要一個(gè)能夠根據(jù)實(shí)際需求對(duì)光源的色溫進(jìn)行調(diào)整的照明控制系統(tǒng)。DALI協(xié)議是一種專門用于照明控制的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；它具有的調(diào)光、場景選擇和燈具地址分配等功能非常適合用于各種場景下的色溫控制。在歐美已經(jīng)有很多DALI系統(tǒng)應(yīng)用于 LED照明的案例，但是在國內(nèi)有關(guān)DALI的研究則不多。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于，結(jié)合DALI技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)了一個(gè)色溫可調(diào)節(jié)的LED照明控制器，并且具有實(shí)時(shí)反饋功能，以保證輸出光的色溫穩(wěn)定。
為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用的方案是：
本實(shí)用新型所涉及到的一種基于DALI協(xié)議可調(diào)節(jié)色溫的LED照明控制器的主要結(jié)構(gòu)包括R/G/B+W的LED陣列(1)、信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)模塊(2)和反饋模塊(3)。信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)模塊(2)包括一個(gè)微處理器MPU(2.6)、DALI接口電路(2.5)和4路降壓型LED驅(qū)動(dòng)芯片 (2.1-2.4)；反饋模塊(3)包括一塊單片機(jī)MCU(3.1)、色彩頻率轉(zhuǎn)換芯片(3.2)和4通道DAC(3.3)。
信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)模塊(2)負(fù)責(zé)通過DALI接口電路(2.5)與DALI 主控制器進(jìn)行通信，并根據(jù)DALI命令分別驅(qū)動(dòng)紅、綠、藍(lán)、白光四路LED，以匹配出滿足目標(biāo)色溫的光譜。反饋模塊(3)通過色彩頻率轉(zhuǎn)換芯片(3.2)采集LED光源的輸出，經(jīng)單片機(jī)MCU(3.1)處理后，通過I2C總線將數(shù)據(jù)傳遞給信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)模塊(2)的微處理器MPU(2.6)。微處理器MPU(2.6)經(jīng)過反饋運(yùn)算后再通過I2C調(diào)整 4通道DAC(3.3)的輸出，從而改變LED驅(qū)動(dòng)芯片(2.1-2.4)的模擬輸入端電壓值，以保證在出現(xiàn)光衰時(shí)，對(duì)應(yīng)通道的LED輸出功率能夠得到補(bǔ)償，從而穩(wěn)定輸出光的色溫值。
本實(shí)用新型的有益效果是該控制器與DALI協(xié)議完全兼容，可以直接掛載在DALI總線上使用。使用時(shí)不同路的LED被映射成四個(gè)獨(dú)立的DALI地址，因此可以自由地對(duì)任何路進(jìn)行單獨(dú)調(diào)控，以獲得需要的色溫輸出。同時(shí)，防止了LED的光衰不一致性造成的輸出色溫偏移，使用反饋模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控光源的輸出情況，在色溫出現(xiàn)較大偏差時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)每一路LED的輸出功率，使色溫基本保持不變。
附圖說明
附圖為本實(shí)用新型的控制器總體結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
一種基于DALI協(xié)議可調(diào)節(jié)色溫的LED照明控制器，其特征在于：可同時(shí)分別控制紅綠藍(lán)與白光LED的輸出功率，從而匹配出滿足目標(biāo)色溫的光輸出，并且可通過反饋模塊(3)實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋調(diào)節(jié)，保證輸出光的色溫在光源長時(shí)間使用時(shí)也能保持不變。
說明書附圖是該控制器的總體結(jié)構(gòu)框圖，其主要原理是信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)模塊(2)與DALI主控制器進(jìn)行通信，根據(jù)DALI命令分別驅(qū)動(dòng)R/G/B+W的LED陣列(1)，匹配出滿足目標(biāo)色溫的光譜；反饋模塊 (3)中色彩頻率轉(zhuǎn)換芯片(3.2)采集LED輸出光源的信息，并將采集的信息傳遞回信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)模塊(2)，微處理器MPU(2.6)經(jīng)過反饋運(yùn)算后調(diào)整4通道DAC(3.3)的輸出，以保證在出現(xiàn)光衰時(shí)，對(duì)應(yīng)通道的LED輸出功率能夠得到補(bǔ)償。
微處理器(MPU)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，選擇了LPC1114作為控制器的處理器，該處理器擁有豐富的片上資源，能夠同時(shí)輸出多路獨(dú)立的PWM信號(hào)以分別控制不同路的LED驅(qū)動(dòng)電路。而且，LPC1114 還擁有完整的DALI支持庫，不需要再額外編寫底層的驅(qū)動(dòng)程序。
DALI總線上的有效高低電平的典型值分別為16V和0V；根據(jù) IEC60929標(biāo)準(zhǔn)，DALI總線上的最大電流限制為250mA，因此需要設(shè)計(jì)專門的信號(hào)收發(fā)電路。全橋整流芯片防止了因極性接反所可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。其中齊納二極管的防止了線上低電平時(shí)的信號(hào)誤讀，恒流芯片限制了DALI總線電流。
LED驅(qū)動(dòng)芯片(2.1-2.4)選用了SD42524，該芯片是降壓型、PWM 控制模式、功率開關(guān)內(nèi)置的LED驅(qū)動(dòng)芯片，在30V直流供電情況下，最大輸出電流可以達(dá)到1A。該芯片除了可以通過改變PWM引腳上的輸入信號(hào)以調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流的占空比外，還可以通過改變ADJ引腳上的電壓值來調(diào)節(jié)輸出電流的幅值大小。LED驅(qū)動(dòng)的輸出電流幅值可以通過公式進(jìn)行計(jì)算，公式為
為了使R/G/B+W的LED組合匹配出各種不同色溫的光輸出，需要計(jì)算每一路LED的平均電流幅值或恒流情況下的占空比。首先利用積分球獲得每一路LED單獨(dú)使用額定電流(占空比＝1)點(diǎn)亮?xí)r的光譜功率分布Si(λ)，同時(shí)設(shè)置每一路的占空比系數(shù)為Di(i＝1，2，3，4)，其中i＝1、2、3、4分別對(duì)應(yīng)紅光、綠光、藍(lán)光及白光通道，則匹配出的光譜的功率分布為：
反饋模塊(3)用于監(jiān)視光源的輸出情況，當(dāng)光源的相關(guān)色溫偏離達(dá)到一定值時(shí)，反饋模塊(3)將偏移信號(hào)通過I2C總線傳給LPC1114 進(jìn)行處理。用于色彩頻率轉(zhuǎn)換芯片(3.2)為TCS3200，該芯片具有4 個(gè)通道，能夠感知光源的紅綠藍(lán)三個(gè)通道和全光譜輸出的積分值，并將其轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)。本設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)MCU(3.1)C8051F330采集TCS3200的頻率信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過I2C總線將該信號(hào)傳遞給LPC1114進(jìn)行判斷和處理。MCP4728為帶有I2C接口的4通道 DAC(3.3)，它接收來自LPC1114的信號(hào)，給LED驅(qū)動(dòng)的ADJ引腳提供模擬輸入。
反饋算法的目的是補(bǔ)償由于LED的光衰不一致性造成的色溫偏移，他最終調(diào)整的不是占空比信號(hào)，而是LED驅(qū)動(dòng)模擬輸入端的電壓信號(hào)UADJ，從而調(diào)整輸出電流的幅值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)通道的功率補(bǔ)償。因?yàn)榧t綠藍(lán)三種LED在匹配光譜時(shí)的主要作用為調(diào)整光譜形狀，輸出的功率較低，利用率較低，且它們發(fā)出的光正好對(duì)應(yīng)TCS3200的三個(gè)通道，因此在進(jìn)行反饋時(shí)，不對(duì)白光LED進(jìn)行額外的動(dòng)作，而是通過調(diào)節(jié)紅綠藍(lán)三色LED的輸出功率來進(jìn)行補(bǔ)償。設(shè)補(bǔ)償系數(shù)分別為 Ci(i＝1，2，3)，則最終匹配出的光譜的功率分別為由于TCS3200采集的是光源各通道的積分?jǐn)?shù)值，而該數(shù)值與反饋模塊和光源距離的呈現(xiàn)出現(xiàn)平方反比的關(guān)系，因此在進(jìn)行反饋時(shí)，使用相對(duì)通道值更為合適。設(shè)TCS3200紅綠藍(lán)三個(gè)通道的采樣值分別為R，G，B，相對(duì)通道值為r，g，b，則反饋模塊(3)上的單片機(jī)MCU(3.1) 通過TCS3200以10Hz的采樣速率對(duì)LED光源的光輸出進(jìn)行采樣，并將數(shù)據(jù)通過I2C傳給LPC11114.當(dāng)檢測(cè)到任意一個(gè)相對(duì)通道值與其初始值有較大偏差時(shí)，LPC1114將根據(jù)該通道偏移量的大小調(diào)節(jié)DAC對(duì)應(yīng)通道的輸出，對(duì)光衰嚴(yán)重的那路LED進(jìn)行幅值補(bǔ)償。