一种基于DALI协议可调节色温的LED照明控制器的制作方法

文档序号:11408834

本实用新型属于电子技术领域。



背景技术:

LED具有光效高、体积小、光谱窄、寿命长等特点,利用这些特性可以创造出优质且智能的照明环境。有研究指出,照明环境的光源色温对人体生理机能调节起着一定的作用,而人最适应的色温在一天之中也是随之变化的,所以人们需要一个能够根据实际需求对光源的色温进行调整的照明控制系统。DALI协议是一种专门用于照明控制的协议标准;它具有的调光、场景选择和灯具地址分配等功能非常适合用于各种场景下的色温控制。在欧美已经有很多DALI系统应用于 LED照明的案例,但是在国内有关DALI的研究则不多。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于,结合DALI技术规范,设计了一个色温可调节的LED照明控制器,并且具有实时反馈功能,以保证输出光的色温稳定。

为实现以上技术目的,本实用新型采用的方案是:

本实用新型所涉及到的一种基于DALI协议可调节色温的LED照明控制器的主要结构包括R/G/B+W的LED阵列(1)、信号处理及驱动模块(2)和反馈模块(3)。信号处理及驱动模块(2)包括一个微处理器MPU(2.6)、DALI接口电路(2.5)和4路降压型LED驱动芯片 (2.1-2.4);反馈模块(3)包括一块单片机MCU(3.1)、色彩频率转换芯片(3.2)和4通道DAC(3.3)。

信号处理及驱动模块(2)负责通过DALI接口电路(2.5)与DALI 主控制器进行通信,并根据DALI命令分别驱动红、绿、蓝、白光四路LED,以匹配出满足目标色温的光谱。反馈模块(3)通过色彩频率转换芯片(3.2)采集LED光源的输出,经单片机MCU(3.1)处理后,通过I2C总线将数据传递给信号处理及驱动模块(2)的微处理器MPU(2.6)。微处理器MPU(2.6)经过反馈运算后再通过I2C调整 4通道DAC(3.3)的输出,从而改变LED驱动芯片(2.1-2.4)的模拟输入端电压值,以保证在出现光衰时,对应通道的LED输出功率能够得到补偿,从而稳定输出光的色温值。

本实用新型的有益效果是该控制器与DALI协议完全兼容,可以直接挂载在DALI总线上使用。使用时不同路的LED被映射成四个独立的DALI地址,因此可以自由地对任何路进行单独调控,以获得需要的色温输出。同时,防止了LED的光衰不一致性造成的输出色温偏移,使用反馈模块实时监控光源的输出情况,在色温出现较大偏差时,自动调节每一路LED的输出功率,使色温基本保持不变。

附图说明

附图为本实用新型的控制器总体结构图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

一种基于DALI协议可调节色温的LED照明控制器,其特征在于:可同时分别控制红绿蓝与白光LED的输出功率,从而匹配出满足目标色温的光输出,并且可通过反馈模块(3)实时监控和反馈调节,保证输出光的色温在光源长时间使用时也能保持不变。

说明书附图是该控制器的总体结构框图,其主要原理是信号处理及驱动模块(2)与DALI主控制器进行通信,根据DALI命令分别驱动R/G/B+W的LED阵列(1),匹配出满足目标色温的光谱;反馈模块 (3)中色彩频率转换芯片(3.2)采集LED输出光源的信息,并将采集的信息传递回信号处理及驱动模块(2),微处理器MPU(2.6)经过反馈运算后调整4通道DAC(3.3)的输出,以保证在出现光衰时,对应通道的LED输出功率能够得到补偿。

微处理器(MPU)是整个系统设计的核心,选择了LPC1114作为控制器的处理器,该处理器拥有丰富的片上资源,能够同时输出多路独立的PWM信号以分别控制不同路的LED驱动电路。而且,LPC1114 还拥有完整的DALI支持库,不需要再额外编写底层的驱动程序。

DALI总线上的有效高低电平的典型值分别为16V和0V;根据 IEC60929标准,DALI总线上的最大电流限制为250mA,因此需要设计专门的信号收发电路。全桥整流芯片防止了因极性接反所可能带来的风险。其中齐纳二极管的防止了线上低电平时的信号误读,恒流芯片限制了DALI总线电流。

LED驱动芯片(2.1-2.4)选用了SD42524,该芯片是降压型、PWM 控制模式、功率开关内置的LED驱动芯片,在30V直流供电情况下,最大输出电流可以达到1A。该芯片除了可以通过改变PWM引脚上的输入信号以调节LED驱动电流的占空比外,还可以通过改变ADJ引脚上的电压值来调节输出电流的幅值大小。LED驱动的输出电流幅值可以通过公式进行计算,公式为

为了使R/G/B+W的LED组合匹配出各种不同色温的光输出,需要计算每一路LED的平均电流幅值或恒流情况下的占空比。首先利用积分球获得每一路LED单独使用额定电流(占空比=1)点亮时的光谱功率分布Si(λ),同时设置每一路的占空比系数为Di(i=1,2,3,4),其中i=1、2、3、4分别对应红光、绿光、蓝光及白光通道,则匹配出的光谱的功率分布为:

反馈模块(3)用于监视光源的输出情况,当光源的相关色温偏离达到一定值时,反馈模块(3)将偏移信号通过I2C总线传给LPC1114 进行处理。用于色彩频率转换芯片(3.2)为TCS3200,该芯片具有4 个通道,能够感知光源的红绿蓝三个通道和全光谱输出的积分值,并将其转换为频率信号。本设计中使用单片机MCU(3.1)C8051F330采集TCS3200的频率信号并转换成数字信号,再通过I2C总线将该信号传递给LPC1114进行判断和处理。MCP4728为带有I2C接口的4通道 DAC(3.3),它接收来自LPC1114的信号,给LED驱动的ADJ引脚提供模拟输入。

反馈算法的目的是补偿由于LED的光衰不一致性造成的色温偏移,他最终调整的不是占空比信号,而是LED驱动模拟输入端的电压信号UADJ,从而调整输出电流的幅值,以实现对应通道的功率补偿。因为红绿蓝三种LED在匹配光谱时的主要作用为调整光谱形状,输出的功率较低,利用率较低,且它们发出的光正好对应TCS3200的三个通道,因此在进行反馈时,不对白光LED进行额外的动作,而是通过调节红绿蓝三色LED的输出功率来进行补偿。设补偿系数分别为 Ci(i=1,2,3),则最终匹配出的光谱的功率分别为由于TCS3200采集的是光源各通道的积分数值,而该数值与反馈模块和光源距离的呈现出现平方反比的关系,因此在进行反馈时,使用相对通道值更为合适。设TCS3200红绿蓝三个通道的采样值分别为R,G,B,相对通道值为r,g,b,则反馈模块(3)上的单片机MCU(3.1) 通过TCS3200以10Hz的采样速率对LED光源的光输出进行采样,并将数据通过I2C传给LPC11114.当检测到任意一个相对通道值与其初始值有较大偏差时,LPC1114将根据该通道偏移量的大小调节DAC对应通道的输出,对光衰严重的那路LED进行幅值补偿。

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