線性調光 LED 驅動器的無線控制

先不論初期投資為何，固態照明 (SSL) 不僅能減少能耗和維護成本，並且具有設計彈性，已證明可成為傳統技術的替代品。 此外，主動式智慧能力可提升節能效果，如藉由佔位感測器、環境光感測器以及外部調光控制消除過度照明。 既然有目前多種恆定電流LED 驅動器都需要 0 至 10 VDC 輸入進行調光控制，本討論將著重在透過無線介面使用這些驅動器。

整體概念非常直接。 內含所需控制電壓的資料流在傳送後會由一個模組接收，此模組會配置成透通 RS-232 介面並且介接微控制器。 此微控制器接著會解譯資料流，並且將適當的數值載入數位類比轉換器的資料暫存器中，以便輸出所需的控制電壓。

由於筆記型電腦、平板裝置以及手機受到廣泛使用，因此選定藍牙連線通訊協定傳輸控制電壓資料流。 接收側則選擇 Panasonic PAN1555 適用的 876-1005-ND 評估板，享受其多功能性和在原型開發上容易使用的特點。

微控制器則是依據 3.3 V 操作以及需具備 USART、可編程內部振盪器和足量 I/O（但不過多）的要求進行選擇。 考量到未來的產品需要 PWM 進行非揮發性資料的控制與儲存，因此也將 PWM 和 EEPROM 納入需求中。 最終決定採用 PIC12F1822-I/P-ND。

選擇 DAC 時所依據的需求包含單電源、至少 10 V 的輸出電壓、序列介面、12 位元解析度以及外部參考輸入。 LTC1257IN8#PBF-ND 證明是合適的選擇。

為了讓 DAC 的輸出電壓範圍符合需求，必須具備 10 V 電壓參考。 LM4040CIZ-10.0/NOPB-ND 具備 ±0.5% 容差、TO-92 封裝以及 15 mA 輸出電流能力，因此獲得選用。

選擇電路的電源供應器時，考慮到多種因素。 首先，電源電壓必須足夠讓 DAC 提供 10 V 的輸出。 根據 LTC1257 的規格，VCC 需比參考電壓 (10 V) 超出 2.7 V，因此必須選擇 15 V 的電源才合適。 為了滿足密封式板安裝電源、小型覆蓋區以及至少 200 mA 輸出電流的需求，因此決定採用 RECOM Power 的 945-1068-ND 電源模組。

DAC 由 15 V 電源直接供電，藍牙模組則需要 3.3 V 電源，且此 3.3 V 電源也將為微控制器供電。 線性穩壓器不足以進行 15 V 至 3.3 V 的降壓，因此選用 945-1648-5-ND 切換式穩壓器，其具有小型覆蓋區，最大 28 V 輸入電壓以及 500 mA 輸出能力。

為了協助對外部元件（如主動式散熱）供電的能力，因此選擇 945-1648-5-ND 切換式穩壓器提供 5 V 電源，其具有最大 28 V 輸入電壓和 500 mA 輸出能力。 除了此 5 V 電源外，亦選擇 296-6549-5-ND「電源軌分路器」產生 DAC 輸出電壓一半的電壓，以配合並達到 5 V 供電裝置的線性控制。 採用的端子台零件編號為 277-1274-ND ，用來連接 5 V 電源和「電源軌分路器」電壓。

為了因應 AC 電源和恆定電流 LED 驅動器電線的連接，因此選用零件編號為 277-1247-ND 的端子台，其具備 0.200" 間距，可連接 14 至 30 AWG 電線，並能處理高達 10 A 電流。

上述零件和支援元件的完整線路圖如以下圖 1 所示。

如上所述，PAN1555 藍牙評估板需要經過配置作為通透 RS-232 介面連接微控制器，且此微控制器需經過編程才能接收資料流並載入 DAC 暫存器。 同樣的，也要提供方法將控制電壓傳送到至藍牙模組。

評估板上的 Panasonic PAN1555 藍牙模組的原廠預設值必須經過重新配置，方能用於此特定應用。 透過 RS-232 有線介面傳送 AT 命令即可達成。 採用 TTL-232R-3V3-WE 等「智慧」USB 纜線就能簡化此作業。 使用此纜線時必須納入兩大考量。 首先，必須從 FTDI 下載免費 USB 驅動程式，才能讓纜線的 FT232R 當作虛擬 COM 連接埠。 其次，此纜線的 TTL 位準雖然為 3.3 V，VCC 電源電壓卻是 USB 連接埠電壓的 5 V。為了在配置期間為評估板供電，此電源電壓必須調降至 3.3 V。電壓調節僅需兩件元件，例如結合 L4931CZ33-AP 3.3 V 穩壓器以及 EEA-GA1H2R2 2.2 μF 電容，如圖 2 所示。

完整的藍牙模組配置步驟說明可在 eewiki.com 取得，請點選：藍牙模組配置。

在探討微控制器編程細節以進行電壓控制資料流的接收與解譯前，必須先決定資訊流的傳送格式。 在此決定採用先前使用於 DigiKey 氣象站的格式。 此格式的組成為傳輸類型字元位元組、類型識別碼位元組，最後是三個資料位元組。 具體而言，字元位元組「D」代表資料，識別碼位元組預設值為「1」，表示只會傳輸單一百分比，接著的三個資料位元組包含所需 D/A 電壓的百位、十位和個位值。 舉例來說，單一 75% 在傳輸時的格式為「D1075」。

決定好百分比資料的傳入格式後，就可對微控制器進行編程，以處理資料流。 編程流程包含設定組態文字（位元）、定義變數與指定暫存器位元、設定 I/O 組態以及初始化 UART。 單純但有效的組譯原始碼，能接收資料流並採用位元觸發載入 DAC，可從 eewiki.com 取得，請點選：組譯原始碼和 Hex 檔案。

請注意，編寫此應用的程式的用意僅限於解譯並載入介於 0% 至 100% 的百分比（增量為 10%）的 DAC。

採用常見裝置（如筆記型電腦與行動電話）進行控制電壓資料流的傳輸，是非常簡單的作業。 若使用後者，僅需找到合適的序列連接埠設定應用程式即可。 若是 Android OS 裝置，Google Play 的 Bluetooth SSP 應用程式是不錯的選擇。 手機與 PAN1555 藍牙模組配對且連線後，使用者就能選擇「鍵盤模式」，然後透過此模式標示並配置 12 個按鍵，傳送特定資訊流，如「D1050」(50%)。 標示且經過配置的按鍵範例畫面如下圖所示。

前述第二種方式，能透過 Microsoft Visual Studio Express™ 使用具有藍牙功能的筆記型電腦傳送控制電壓資料流。 首先必須將 PAN1555 藍牙模組與筆記型電腦進行配對，請寫下筆記型電腦的 COM 連接埠號，以便用於「透過藍牙連線的標準序列」。 透過建立 Visual BasicTM Windows Forms 應用程式產生無線介面（如下圖所示），採用一個序列連接埠，並且包含按鈕和資源圖像，可用來啟動控制電壓資料流的傳輸作業。

完整的 Visual Basic 專案可在 eewiki.com 取得，請點選：Visual Basic 介面範例。

無線資料流傳輸介面和接收器電路能連接至幾乎任何需要 0 至 10 VDC 輸入進行調光控制的恆定電流 LED 驅動器。

其中一款驅動器就是 LXMG221W-0700034-D0-ND。 此裝置具備小型尺寸、通用輸入電壓範圍（90 至 277 VAC）、700 mA 恆定電流輸出、寬廣的輸出電壓範圍（14 至 48 VDC）以及 1 至 10 V 的輸入控制範圍，因此是絕佳的選擇。 最特別的是其低功耗模式，能在控制電壓降至 0.6 V （最大值）以下時關閉 LED。

為了提供完整的無線控制虛擬光源，也必須針對 LED 的其他設計要素、熱介面材料、散熱片、光學元件以及互連元件進行闡述。

為了符合個人偏好的冷白光 LED 陣列 (5000 K)，搭配在適當測試電流下具有 1000 lm 以上的光通量，並且接近驅動器輸出電壓上限之順向電壓的產品，因此選擇CXA2011-0000-000P00J050H-ND。

還需要具有優異熱傳導能力的熱介面材料，並且考量到必須符合 LED 陣列的實體尺寸 (22 mm2)，因此選擇 1168-2063-ND。

LED 的順向電壓在 700 mA 時約為 43.8 V，因此散熱片至少要能夠處理31 W。 再加上圓形外型、主動散熱以及容易組裝和安裝的需求，因此選擇 1061-1088-ND 40 W 通用散熱片。 為了加強散熱片的主動散熱能力，選擇 1061-1006-ND SynJet 模組以及 1061-1050-ND 電線線束。

最後的兩項設計要素為光學和互連元件，因此選用 WM4788-ND LED 固定座。 從互連的角度來看，此固定座不僅無需焊接至 LED 陣列，還能直接固定在散熱片的 4 至 40 孔樣式上。 鏡片護蓋不足以當作真正的光學元件，但可以分散部份光源，並且保護 LED 陣列。

無線介面和接收器電路的整體目標是控制特定燈具的調光，也可當作測試平台，評估不同 LED、介面材料、散熱片以及LED 驅動器組合在多種驅動電流位準下的效果，確保達到最佳效能。