常州轻工职业技术学院电子电气工程系 项莹莹

一种凌空触控室内LED情景照明灯设计

常州轻工职业技术学院电子电气工程系 项莹莹

针对家居情景照明功能需求，建立了凌空触控PWM恒流驱动RGB LED的控制系统。触控部分选用Cypress的带智能感应的电容型触摸芯片CY8CMBR3106s，全彩驱动芯片选用DM413，可以实现8192级（14位）灰度调节，讨论了凌空触控及PWM调光、调色的具体实现。

大功率电源管理；DM413驱动电路；凌空触控技术；PWM调光调色

0 引言

情景照明的历史并不长，是飞利浦公司于2007年提出的概念。情景照明强调以灯光来营造家居气氛，使用者只需触摸按钮，就能改变灯光的颜色、对比度、方向和亮度等，让灯光与家庭成员的心情、情感与精神状态相映衬。随着节能照明、气候危机等观念的深入人心，普通家庭在选择照明灯具时也会更多考虑节能的需求。因此，节能与趋于多元化、变动化的家居照明正在成为席卷全球的新趋势。LED家居照明比传统照明方式可以节省80%以上的能源，并且具备发热量低、使用寿命更长的优点。此外，由于LED是芯片点状发光，能够达到接近于无限的变色效果，因而可以展现照明设计师对居室照明的奇思妙想。如今情景照明已被广泛应用于商业用途，相信随着LED技术的进一步普及，情景照明亦将走入千家万户。

1 室内LED情景照明驱动系统

本文提出的室内LED情景照明灯主要由电源模块、主控制器、3通道LED恒流驱动模块、反馈控制、RGB LED灯、CY8CMBR3106s触控模块等部分组成。硬件电路如图1所示。

图1 室内LED情景照明灯原理框图

电源模块包括AC/DC电源模块（成品）、电源管理模块和DC电源模块，为系统和LED提供能源。微控制器STM8S2XX是驱动系统的控制核心，接收用户通过CY8CMBR3106S触控模块发过来的调光、调色、调亮等指令，根据接收的指令，合理的进行LED亮度、灰度和颜色调节，此外，系统在LED端与RGB驱动模块之间还配有反馈控制，从而实现精确的照明光线调节。

2 电源管理模块的具体实现

在电子电气系统中，电源系统是关键模块之一，电源性能的好坏，直接影响系统与设备的工作质量和效率。本设计对电源模块的要求较高，不仅要给控制部分供电，还需给大功率RGB_LED供电，综合考虑各指标，设计选用的是Techcode（美国泰德半导体）公司的TD1410大电流、高性能电源芯片，该芯片典型应用电路如图2所示。

图2 电源管理模块原理图

3 高亮RGB LED调光、调色的具体实现

在LED照明系统中，LED的调光、调色是整个系统的核心。如何增强LED发光管亮度细微调整能力，以及通过

图3 RGB LED调光、调色控制原理

图4 CY8CMBR3106s触控控制原理

这种亮度细微调整能力，配合混色算法实现无极调色是LED情景照明的关键问题。该部分系统包括3通道恒流驱动DM413（可编程PWM输出），以及带反馈的功率放大部分（以驱动1W RGB LED）。该部分控制原理如图3所示。

DM413是3通道恒流全彩LED驱动芯片，并且自带可编程PWM灰度发生器，默认是256级（8位）灰度调节，最高可以实现8192级（13位）灰度调节，调色效果细腻，轻松实现色彩斑斓的情景照明调光调色需求。但是DM413的输出电流只有5～100mA，对于终端3颗1WRGB LED的驱动需求，驱动能力不足，配以DD311进行功率放大。DD311最大输出电流高达1A，且输出端能承受36V的电压，支持多颗大功率LED的串接应用，此外，通过微调DD311偏压能够实现LED间亮度不一的校正或多颗LED整体亮度调整。

4 触控模块

CY8CMBR3106s是Cypress公司高性能、低功耗的CapSense ExpressTM控制器，具有外围电路设计简单，功能强大等特点。CY8CMBR3106s支持多达11个电容式感应按键输入，其中包括2个接近传感器，实现30cm以内的凌空触控，最大10段滑条输入。微控制器可以通过I2C接口直接配置其寄存器，而不需要固件开发或器件编程，自带的 SmartSenseTM自动调试系统可以连续补偿由系统、生产过程和环境的变化引起的影响，自动配置电容按键参数，以得到最优化性能。

CY8CMBR3106s触控控制电路如图4所示。微控制器STM8S2XX通过I2C接口与CY8CMBR3106s通讯，完成触控式人机交互。每个电容式触控输入引脚串接一560Ω电阻，以提高抗干扰能力。管脚1和2是接近传感器输入引脚，本设计选择PS0作为凌空触控控制输入，实现灯的点亮与熄灭。10段滑条输入分成两部分，5段线性滑条输入，5段圆形滑条输入，分别控制LED的亮度和灰度调节，实现RGB LED的无极调光和调色。

5 系统软件

DM413与系统单片机的通讯接口简单，单片机经DM413的锁存控制线（STB引脚）、串行通讯数据线（DAI引脚）和时钟信号线（CKI引脚）发送控制信号和数据，驱动芯片根据指令调节R、G、B输出端的电流及PWM的占空比，PWM输出接DD311的使能端，实现PWM占空比灰度调节。PWM调光、调色流程图如图5所示。

图5 PWM信号波形图

6 结束语

本文在理解家居情景照明功能需求的基础上，设计了以DM413 RGB LED驱动模块为硬件基础，采用PWM调光、调色技术和凌空触控相结合，实现了一个隔空开关控制，高灵敏度的触摸感应无极调光、调色系统。在实际运行中，该照明系统效果良好，能够实现丰富的色彩和亮度调节。

[1]倪凯凯,沈海平,江磊,林泽文,朱雪菘,刘木清．LED光谱色温可调照明系统及其优化算法研究[J]．照明工程学报,2015,26(2):42-46．

[2]王文厂,杨小平．大功率LED照明控制器的研究[D]．哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,2009．

[3]CY8CMBR3xxx设计指南[Z]．赛普拉斯半导体公司,2014,文档编号:001-91599版本．

[4]严飞,王瑞光．LED显示屏灰度控制关键技术[D]．中国科学院大学工学博士学位论文,2013．

[5]万睿,李志敏．LED全彩大屏幕关键技术的应用研究[D]．重庆大学工学硕士学位论文,2008．

项莹莹（1982—），女，硕士，工程师，主要研究方向为LED驱动，嵌入式系统及智能控制等方面。

江苏省大学生创新计划（201413101015Y）。