线性调光LED驱动器的无线控制.doc

集合在线全球首个电子元器件团购平台先不论初期投资为何，固态照明 (SSL) 不仅能减少能耗和维护成本，并且具有设计弹性，已证明可成为传统技术的替代品。 此外，主动式智慧能力可提升节能效果，如藉由占位感测器、环境光感测器以及外部调光控制消除过度照明。 既然有目前多种恒定电流LED 驱动器都需要 0 至 10 VDC 输入进行调光控制，本讨论将着重在透过无线介面使用这些驱动器。整体概念非常直接。 内含所需控制电压的资料流在传送後会由一个模组接收，此模组会配置成透通 RS-232 介面并且介接微控制器。 此微控制器接着会解译资料流，并且将适当的数值载入数位类比转换器的资料暂存器中，以便输出所需的控制电压。由於笔记型电脑、平板装置以及手机受到广泛使用，因此选定蓝牙连线通讯协定传输控制电压资料流。 接收侧则选择 Panasonic PAN1555 适用的 876-1005-ND 评估板，享受其多功能性和在原型开发上容易使用的特点。微控制器则是依据 3.3 V 操作以及需具备 USART、可编程内部振荡器和足量 I/O（但不过多）的要求进行选择。 考量到未来的产品需要 PWM 进行非挥发性资料的控制与储存，因此也将 PWM 和 EEPROM 纳入需求中。 最终决定采用 PIC12F1822-I/P-ND。选择 DAC 时所依据的需求包含单电源、至少 10 V 的输出电压、序列介面、12 位元解析度以及外部参考输入。 LTC1257IN8#PBF-ND 证明是合适的选择。为了让DAC的输出电压符合需求，必须以10 V电压参考。 LM4040CIZ-10.0/NOPB-ND 具备 0.5% 容差、TO-92 封装以及 15 mA 输出电流能力，因此获得选用。选择电路的电源供应器时，考虑到多种因素。 首先，电源电压必须足够让 DAC 提供 10 V 的输出。 根据 LTC1257 的规格，VCC 需比参考电压 (10 V) 超出 2.7 V，因此必须选择 15 V 的电源才合适。 为了满足密封式板安装电源、小型覆盖区以及至少 200 mA 输出电流的需求，因此决定采用 RECOM Power 的 945-1068-ND 电源模组。DAC 由 15 V 电源直接供电，蓝牙模组则需要 3.3 V 电源，且此 3.3 V 电源也将为微控制器供电。 线性稳压器不足以进行 15 V 至 3.3 V 的降压，因此选用 945-1648-5-ND 切换式稳压器，其具有小型覆盖区，最大 28 V 输入电压以及 500 mA 输出能力。为了协助对外部元件（如主动式散热）供电的能力，因此选择 945-1648-5-ND 切换式稳压器提供 5 V 电源，其具有最大 28 V 输入电压和 500 mA 输出能力。 除了此 5 V 电源外，亦选择 296-6549-5-ND电源轨分路器产生 DAC 输出电压一半的电压，以配合并达到 5 V 供电装置的线性控制。 采用的端子台零件编号为 277-1274-ND ，用来连接 5 V 电源和电源轨分路器电压。为了因应AC电源和恒定电流LED驱动器电线的连接，因此选用零件编号为 277-1247-ND 的端子台，其具备 0.200 间距，可连接 14 至 30 AWG 电线，并能处理高达 10 A 电流。上述零件和支援元件的完整线路图如以下图 1 所示。图 1 无线线性调光器原型如上所述，PAN1555 蓝牙评估板需要经过配置作为通透 RS-232 介面连接微控制器，且此微控制器需经过编程才能接收资料流并载入 DAC 暂存器。 同样的，也要提供方法将控制电压传送到至蓝牙模组。评估板上的 Panasonic PAN1555 蓝牙模组的原厂预设值必须经过重新配置，方能用於此特定应用。 透过 RS-232 有线介面传送 AT 命令即可达成。 采用 TTL-232R-3V3-WE 等智慧USB 缆线就能简化此作业。 使用此缆线时必须纳入两大考量。 首先，必须从 FTDI 下载免费 USB 驱动程式，才能让缆线的 FT232R 当作虚拟 COM 连接埠。 其次，此缆线的 TTL 位准虽然为 3.3 V，VCC 电源电压却是 USB 连接埠电压的 5 V。为了在配置期间为评估板供电，此电源电压必须调降至 3.3 V。电压调节仅需两件元件，例如结合 L4931CZ33-AP 3.3 V 稳压器以及 EEA-GA1H2R2 2.2 F 电容，如图 2 所示。图 2 试验电路板配置电路。在探讨微控制器编程细节以进行电压控制资料流的接收与解译前，必须先决定资讯流的传送格式。 在此决定采用先前使用於 Digi-Key 气象站的格式。 此格式的组成为传输类型字元位元组、类型识别码位元组，最後是三个资料位元组。 具体而言，字元位元组D代表资料，识别码位元组预设值为1，表示只会传输单一百分比，接着的三个资料位元组包含所需 D/A 电压的百位、十位和个位值。 举例来说，单一 75% 在传输时的格式为D1075。决定好百分比资料的传入格式後，就可对微控制器进行编程，以处理资料流。 编程流程包含设定组态文字（位元）、定义变数与指定暂存器位元、设定 I/O 组态以及初始化 UART。 单纯但有效的组译原始码，能接收资料流并采用位元触发载入 DAC，可从 取得，请点选：组译原始码和 Hex 档案。请注意，编写此应用的程式的用意仅限於解译并载入介於 0% 至 100% 的百分比（增量为 10%）的 DAC。采用常见装置（如笔记型电脑与行动电话）进行控制电压资料流的传输，是非常简单的作业。 若使用後者，仅需找到合适的序列连接埠设定应用程式即可。 若是 Android OS 装置，Google Play 的 Bluetooth SSP 应用程式是不错的选择。 手机与 PAN1555 蓝牙模组配对且连线後，使用者就能选择键盘模式，然後透过此模式标示并配置 12 个按键，传送特定资讯流，如D1050(50%)。 标示且经过配置的按键范例画面如下图所示。Bluetooth SSP 范例图 3：Bluetooth SSP 范例。前述第二种方式，能透过 Microsoft Visual Studio Express? 使用具有蓝牙功能的笔记型电脑传送控制电压资料流。 首先必须将 PAN1555 蓝牙模组与笔记型电脑进行配对，请写下笔记型电脑的 COM 连接埠号，以便用於透过蓝牙连线的标准序列。 透过建立 Visual BasicTM Windows Forms 应用程式产生无线介面（如下图所示），采用一个序列连接埠，并且包含按钮和资源图像，可用来启动控制电压资料流的传输作业。无线资料流传输介面和接收器电路能连接至几乎任何需要 0 至 10 VDC 输入进行调光控制的恒定电流 LED 驱动器。其中一款驱动器就是 LXMG221W-0700034-D0-ND。 此装置具备小型尺寸、通用输入电压范围（90 至 277 VAC）、700 mA 恒定电流输出、宽广的输出电压范围（14 至 48 VDC）以及 1 至 10 V 的输入控制范围，因此是绝佳的选择。 最特别的是其低功耗模式，能在控制电压降至 0.6 V （最大值）以下时关闭 LED。为了提供完整的无线控制虚拟光源，也必须针对 LED 的其他设计要素、热介面材料、散热片、光学元件以及互连元件进行阐述。为了符合个人偏好的冷白光 LED 阵列 (5000 K)，搭配在适当测试电流下具有 1000 lm 以上的光通量，并且接近驱动器输出电压上限之顺向电压的产品，因此选择CXA2011-0000-000P00J050H-ND。还需要具有优异热传导能力的热介面材料，并且考量到必须符合 LED 阵列的实体尺寸 (22 mm2)，因此选择 1168-2063-ND。LED 的顺向电压在 700 mA 时约为 43.8 V，因此散热片至少要能够处理31 W。 再加上圆形外型、主动散热以及容易组装和安装的需求，因此选择 1061-1088-ND 40 W 通用散热片。 为了加强散热片的主动散热能力，选择 1061-1006-ND SynJet 模组以及 1061-1050-ND 电线线束。最後的两项设计要素为光学和互连元件，因此选用 WM4788-ND LED 固定座。 从互连的角度来看，此固定座不仅无需焊接至 LED 阵列，还能直接固定在散热片的 4 至 40 孔样式上。 镜片护盖不足以当作真正的光学元