一種LED亮度調節的非線性校正系統及其校正方法技術方案

本發明專利技術公開了一種LED亮度調節的非線性校正系統及其校正方法，該校正系統包括單片機、光強度傳感器、校正數據存儲模塊、串行轉并行芯片和LED燈，校正數據模塊中存儲有不同LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比的數據，單片機的控制端口與串行轉并行芯片的輸入端電連接，串行轉并行芯片的輸出端與LED燈相連，單片機用于根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈。本發明專利技術通過串口控制多個串行轉并行芯片驅動多個LED燈，可以同時對任意LED進行亮度改變。將需要校正的數據存儲在單片機中，對LED亮度進行校正，使人眼感受到LED線性變化。

A Nonlinear Correction System for LED Brightness Adjustment and Its Correction Method

The present invention discloses a non-linear calibration system for LED brightness regulation and its calibration method. The calibration system includes a single chip computer, a light intensity sensor, a calibration data storage module, a serial to parallel chip and an LED lamp. The calibration data module stores data of duty cycle corresponding to the linear perception of human eyes corresponding to different LED lamps, and the control port of the single chip computer and the serial to parallel. The input end of the line chip is electrically connected, and the output end of the serial to parallel chip is connected with the LED lamp. The single chip computer is used to adjust the LED lamp through the serial to parallel chip according to the intensity of the collected ambient light. The invention drives a plurality of LED lights by controlling a plurality of serial to parallel chips through a serial port, and can simultaneously change the brightness of any LED. The corrected data will be stored in the single chip computer to correct the brightness of the LED, so that people can feel the linear change of the LED.

【技術實現步驟摘要】
一種LED亮度調節的非線性校正系統及其校正方法
本專利技術屬于電子電路
，具體涉及一種LED亮度調節的非線性校正系統及其校正方法。
技術介紹
人眼對亮度具有本能的非線性感受，對于較低灰度的光亮變化感受更敏感。弱光時，亮度增加一倍，人眼感覺到的改變大于一倍；強光時，亮度增加一倍，人眼感覺到的改變小于一倍。在光源只有三分之一亮度的時候，人眼感覺大約是一半亮度。LED作為新型照明美觀光源，有著節能，低功耗，壽命長等優點。LED亮度調節一般使用PWM（脈沖寬度調制）數字調光方式。表現在LED燈上，當輸出光通量隨時間線性變化時，在低亮度時，人眼會感覺到亮度的跳躍；在高亮度時，人眼感覺到亮度變化不明顯。在此方式中，人眼對LED亮度線性變化的感受是非線性的，所以必須要對這種非線性的感受進行校正，也就是要對光通量改變進行補償。LED光源特性曲線表現為通過電流和功率的關系。LED的功率與電流的P-I關系特性曲線基本上是一條近似的線性直線，但當電流過大時，曲線比較平坦，也就是功率增加不是線性的了，這是由于PN結發熱產生飽和現象，使P-I曲線的斜率減小。這種現象導致在給LED線性電流改變時，LED光感受改變是非線性。因此，亟需一種LED亮度調節的非線性校正系統及其校正方法。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種LED亮度調節的非線性校正系統及其校正方法。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案如下：本專利技術提供一種LED亮度調節的非線性校正系統，包括單片機、光強度傳感器、校正數據存儲模塊、串行轉并行芯片和LED燈，所述光強度傳感器的輸出端與單片機的輸入端電連接用于采集環境光強度，所述校正數據模塊內置于單片機中，所述校正數據模塊中存儲有不同LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比的數據，所述單片機的控制端口與串行轉并行芯片的輸入端電連接，所述串行轉并行芯片的輸出端與LED燈相連，所述單片機用于根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈。作為優選的方案，所述串行轉并行芯片為一個ICN2026集成芯片、以及依次電連接的多個ICN2026集成芯片，所述ICN2026集成芯片的OUT0-OUT15管腳分別與LED燈電連接，上一個ICN2026集成芯片的OUT1＿IN2管腳與下一個ICN2026集成芯片的SIN口電連接。作為優選的方案，本專利技術還提供一種LED亮度調節的非線性校正系統，包括以下步驟：S1、根據實驗得出每種LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比，將上述的數據存儲在單片機內存的校正數據模塊中；S2、光強度傳感器感應環境光的強度并傳送給單片機；S3、單片機根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈的C1與C2，C1與C2符合以下公式：C1=d/(100*f*A*X)；C2=(1/f-d/(100*f))/(A*X)其中，d為LED燈的占空比，f為LED燈的PWM頻率，A為單片機串口傳輸速度，X為要控制的LED燈的個數，C1為串行轉并行芯片需要連續發出數據位為1的次數，C2為串行轉并行芯片需要連續發出數據位為0的次數。具體地，所述步驟S3中的C1和C2的計算具體包括以下步驟：串行轉并行芯片用于將每個字節數據一位一位地依次輸出，每個字節是8個位，則這個數據可以通過0和1的改變來控制八個LED；當單片機串口傳輸速度為A，一個字節的傳輸速度B=(8*A)；若需要控制的LED燈的個數為X，則需要傳輸的字節數為Y=(X/8)個；這樣可以得出傳輸控制X個LED燈數據的最少時間為t=B*Y，即t=A*X；當控制LED燈的數據對應位為1時，LED燈亮；當對應位為0時，LED滅；需要通過改變LED燈關斷時間來控制LED燈的亮滅，也就是需要改變控制LED燈的PWM；由上面可以得出控制LED燈亮滅變化，也就是0和1變化的最快時間為t；若LED燈的PWM頻率為f，PWM的周期則為T=1/f，LED燈亮的時間則為T1=T*(d/100)，滅的時間為T2=T-T1；可以得出在一個PWM周期內單片機需要發出數據表示LED當前位的亮的次數為C1=T1/t;滅的次數為C2=T2/t；那么要給LED的PWM頻率為f,占空比為d，則串行轉并行芯片需要連續發出數據位為1的次數C1=d/(100*f*A*X)；串行轉并行芯片需要連續發出數據位為0的次數為C2=(1/f-d/(100*f))/(A*X)；輸出光通量隨時間線性變化時，人眼的感受卻不是線性的，在LED微亮區，燈具很小的光通量改變也讓人眼感到光強變化很大，而在光通量比較大的區域，很大的光通量跳躍，人眼感覺到的光強變化也不大；而人眼對亮度的感受＝光通量^(1/2.2)；以F表示人眼對亮度的感受，φ表示光通量，F＝φ^(1/2.2)；其中，φ∝D，D為PWM調節信號的占空比；線性的亮度感受需要非線性變化的φ，由于φ與Ｄ嚴格線性，故線性變化的亮度感受需要遵從某種規律的非線性變化的φ，這種規律就是線性調節對應的非線性變化φ，也就是人眼亮度感受的反非線性特性；在控制PWM的占空比時，φ值按照D＝λ^2.2的規律，在校正數據模塊預先存儲按反特性計算好的φ值，達到校正目的。本專利技術具有以下有益效果：本專利技術在控制多個LED燈的情況下對LED光強改變進行線性校正，當使用控制器為單片機時，要使用定時器產生占空比，通過改變占空比大小來改變LED的亮度。本專利技術采用8位單片機，通過串口控制多個串行轉并行芯片驅動多個LED燈，可以同時對任意LED進行亮度改變。將需要校正的數據存儲在單片機中，對LED亮度進行校正，使人眼感受到LED線性變化。具體實施方式下面詳細說明本專利技術的優選實施方式。為了達到本專利技術的目的，在本專利技術的其中一種實施方式中提供一種LED亮度調節的非線性校正系統，包括單片機、光強度傳感器、校正數據存儲模塊、串行轉并行芯片和LED燈，所述光強度傳感器的輸出端與單片機的輸入端電連接用于采集環境光強度，所述校正數據模塊內置于單片機中，所述校正數據模塊中存儲有不同LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比的數據，所述單片機的控制端口與串行轉并行芯片的輸入端電連接，所述串行轉并行芯片的輸出端與LED燈相連，所述單片機用于根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈。為了進一步地優化本專利技術的實施效果，在本專利技術的另一種實施方式中，在前述內容的基礎上，所述串行轉并行芯片為一個ICN2026集成芯片、以及依次電連接的多個ICN2026集成芯片，所述ICN2026集成芯片的OUT0-OUT15管腳分別與LED燈電連接，上一個ICN2026集成芯片的OUT1＿IN2管腳與下一個ICN2026集成芯片的SIN口電連接。為了進一步地優化本專利技術的實施效果，在本專利技術的另一種實施方式中，在前述內容的基礎上，本專利技術還提供一種LED亮度調節的非線性校正系統，包括以下步驟：S1、根據實驗得出每種LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比，將上述的數據存儲在單片機內存的校正數據模塊中；S2、光強度傳感器感應環境光的強度并傳送給單片機；S3、單片機根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種LED亮度調節的非線性校正系統，其特征在于，包括單片機、光強度傳感器、校正數據存儲模塊、串行轉并行芯片和LED燈，所述光強度傳感器的輸出端與單片機的輸入端電連接用于采集環境光強度，所述校正數據模塊內置于單片機中，所述校正數據模塊中存儲有不同LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比的數據，所述單片機的控制端口與串行轉并行芯片的輸入端電連接，所述串行轉并行芯片的輸出端與LED燈相連，所述單片機用于根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈。

【技術特征摘要】
1.一種LED亮度調節的非線性校正系統，其特征在于，包括單片機、光強度傳感器、校正數據存儲模塊、串行轉并行芯片和LED燈，所述光強度傳感器的輸出端與單片機的輸入端電連接用于采集環境光強度，所述校正數據模塊內置于單片機中，所述校正數據模塊中存儲有不同LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比的數據，所述單片機的控制端口與串行轉并行芯片的輸入端電連接，所述串行轉并行芯片的輸出端與LED燈相連，所述單片機用于根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈。2.根據權利要求1所述的LED亮度調節的非線性校正系統，其特征在于，所述串行轉并行芯片為一個ICN2026集成芯片、以及依次電連接的多個ICN2026集成芯片，所述ICN2026集成芯片的OUT0-OUT15管腳分別與LED燈電連接，上一個ICN2026集成芯片的OUT1＿IN2管腳與下一個ICN2026集成芯片的SIN口電連接。3.一種LED亮度調節的非線性校正方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、根據實驗得出每種LED燈對應的人眼線性感受對應單位時間的占空比，將上述的數據存儲在單片機內存的校正數據模塊中；S2、光強度傳感器感應環境光的強度并傳送給單片機；S3、單片機根據采集環境光的強度大小將對應校正數據模塊中的數據輸出通過串行轉并行芯片調整LED燈的C1與C2，C1與C2符合以下公式：C1=d/(100*f*A*X)；C2=(1/f-d/(100*f))/(A*X)其中，d為LED燈的占空比，f為LED燈的PWM頻率，A為單片機串口傳輸速度，X為要控制的LED燈的個數，C1為串行轉并行芯片需要連續發出數據位為1的次數，C2為串行轉并行芯片需要連續發出數據位為0的次數。4.根據權利要求3所述的LED亮度調節的非線性校正方法，其特征在于，所述步驟S3中的C1和C2的計算具體包括以下步驟：串行轉并行芯片用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳翔，朱旗，徐鵬，雷志強，
申請(專利權)人：中科芯集成電路股份有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32