摘要：用GaAs/Si高亮聚光LED的Digital Light實(shí)現(xiàn)魔幻彩燈,簡(jiǎn)述了CIE計(jì)色制、Digital Light工作原理,論述了軟件PWM實(shí)現(xiàn)方法,給出了系統(tǒng)框圖,說(shuō)明了系統(tǒng)特點(diǎn)和與傳統(tǒng)光源比較的系統(tǒng)優(yōu)越性。

    關(guān)鍵詞：GaAs/Si LED Digital Light PWM編程

引言

    Digital Light是國(guó)外近年以GaAs/Si為發(fā)光材料制成的一種新穎的舞臺(tái)照明光源。其實(shí)現(xiàn)機(jī)理是沿用電視視頻R、G、B成象原理。但一改傳統(tǒng)的R、G、B電子束轟擊熒光材料得到所需光源的方法而是以 LED產(chǎn)生R、G、B點(diǎn)光源,照射于漫射玻璃,形成混合光得到照射光源。這種光源產(chǎn)生與傳統(tǒng)的光源(白熾燈、日光燈和鈉燈等)相比更具節(jié)能性、綠色和光色調(diào)的可控制性,以及Digital Light在模擬各種發(fā)光光源的光譜和光照的柔和性等方面非常靈活。以這種新發(fā)光光源取代傳統(tǒng)的照明光源,在舞臺(tái)照明以及一些對(duì)光源綠色化和藝術(shù)化要求越來(lái)越高的場(chǎng)合有非常廣闊的市場(chǎng)前景。

系統(tǒng)構(gòu)成

    Digital Light光源系統(tǒng)由GaAs/Si發(fā)光材料LED組成紅、綠、藍(lán)三簇點(diǎn)光源,并按照一定的幾何形狀排列后投射到漫射介質(zhì),產(chǎn)生混色,形成照射光源。對(duì)于R、G、B LED我們以PWM信號(hào)方式加以驅(qū)動(dòng)。對(duì)于不同的混色光譜分別控制三路驅(qū)動(dòng)信號(hào),以產(chǎn)生最佳的光源光譜。以Zilog公司的高性價(jià)比MCU——Z86E33為核心,利用手動(dòng)控制或計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制的方法使MCU產(chǎn)生類似視頻顯示的 “R”、“G”、“B” 3路PWM序列脈沖信號(hào),經(jīng)過(guò)放大后,驅(qū)動(dòng)LED（紅、綠、藍(lán)）,得到適于人類視覺(jué)感覺(jué)的色飽和度及亮度要求的紅、綠、藍(lán)三種視覺(jué)顯示基色,適合人類生理要求的照射顏色與照射亮度,以及各種應(yīng)用場(chǎng)合環(huán)境所需要的光色等。由于PWM脈沖序列產(chǎn)生采用了Z86E33經(jīng)濟(jì)型MCU,使得所需照射光光譜變化十分靈活。系統(tǒng)以SOP為設(shè)計(jì)思想,充分利用了軟件編程的靈活性和技巧性,將各種顯色功能以算法模型在Z86E33中實(shí)現(xiàn),魔幻彩燈控制部分見(jiàn)圖1。此外,利用單片機(jī)編程特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)PWM脈沖多樣化,控制智能化,即可實(shí)現(xiàn)多種顏色變化方案,亮度、飽和度自適應(yīng),且可使其成為信息家電、現(xiàn)代化娛樂(lè)場(chǎng)所照明系統(tǒng)的重要組成部分等諸多功能。系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖2。

顯色模型編程實(shí)現(xiàn)

    Z86E33是Zilog公司推出的一款經(jīng)濟(jì)型MCU。它具有：多累加器結(jié)構(gòu);12/16MHz;24個(gè)I/O口;4K ROM;237 Byte RAM;6級(jí)中斷和尋址功能;兩路模擬比較器;WDT/POR功能;兩路可編程計(jì)數(shù)器及兩路6Bit定標(biāo)器;RAM、ROM保護(hù)功能。

    由于這一經(jīng)濟(jì)型MCU不提供PWM端口功能,所以在Digital Light的應(yīng)用上必須采用軟件方法克服這類芯片的功能不足。

    漫射玻璃面上的光譜對(duì)R、G、B三基色的照射光強(qiáng)度比例的非線性(CIE計(jì)色制）,如圖3所示。

    由圖3可得物理三基色和計(jì)算三基色的線性方程：

    （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)

    系統(tǒng)中三基色光強(qiáng)以MCU編程對(duì)PWM信號(hào)脈沖寬度控制實(shí)現(xiàn)。

    PWM信號(hào)產(chǎn)生流程見(jiàn)圖4。

    為了得到魔幻彩燈所需的固定顏色、水洗色、回聲色、隨機(jī)色、水波色,對(duì)PWM信號(hào)采用了多組實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬。系統(tǒng)中我們利用12個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行手動(dòng)控制,得到了各種顯色效果,見(jiàn)表1,表2。

表1