基于LIN通信的車(chē)內環(huán)境照明解決方案

更為有遠見(jiàn)的OEM汽車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)意識到車(chē)內環(huán)境照明的價(jià)值，以在日益競爭激烈的市場(chǎng)中提升產(chǎn)品的差異化。進(jìn)而由于電子設備已成為汽車(chē)組件中增長(cháng)最快的部分，速度超過(guò)了機械裝置、氣動(dòng)裝置和液壓裝置。隨著(zhù)車(chē)內環(huán)境照明應用數量的不斷增多，OEM汽車(chē)廠(chǎng)商對不同顏色的LED環(huán)境照明方案進(jìn)行了區分應用，現在主要是應用于其中的中級橋車(chē)模型，將來(lái)如何大規模擴展的唯一真正問(wèn)題是怎樣在可接受的成本內實(shí)現所需的照明系統。

為了滿(mǎn)足上述應用要求并降低成本、縮短實(shí)現時(shí)間，選擇正確的解決方案至關(guān)重要。本文將從以下幾個(gè)方面對車(chē)內環(huán)境照明解決方案進(jìn)行闡述：

(1)車(chē)內環(huán)境照明實(shí)現方法的選擇;

(2)使用控制算法實(shí)現對RGB LED顏色的混光，溫度補償以及LED之間的差異化補償;

(3)車(chē)內環(huán)境照明網(wǎng)絡(luò )實(shí)現方式的討論。

一、車(chē)內環(huán)境照明系統的發(fā)展

基本的環(huán)境照明機制大約在五年前開(kāi)始應用于汽車(chē)。在這個(gè)階段，它們可支持的功能非常有限，并且實(shí)現方式也被認為是相當昂貴的。如果要將車(chē)內環(huán)境照明作為一個(gè)市場(chǎng)賣(mài)點(diǎn)，就需要增加終端客戶(hù)的調節靈便性。這導致了從傳統早期的被動(dòng)方案到更智能化的環(huán)境氛圍燈系統。借助于完全可調節化環(huán)境氛圍燈的發(fā)展，車(chē)輛駕駛員將在不久的將來(lái)根據個(gè)人情緒或品味將車(chē)內氛圍燈調整為他們想要的任何顏色。在未來(lái)的車(chē)型中，車(chē)內氛圍燈非常有可能成為高級駕駛員信息系統的一部分。例如，汽車(chē)在城市

中，鄉村公路上或高速路上行駛時(shí)，環(huán)境氛圍燈顏色會(huì )有所不同，紅色可提高駕駛員的預警性，而黃色則有助于駕駛員在高速路上放松駕駛心情。在很多情況下，車(chē)內環(huán)境氛圍燈可與OEM汽車(chē)廠(chǎng)商的價(jià)值以及個(gè)性化定位聯(lián)系在一起，使其產(chǎn)品更加有獨特性。

二、環(huán)境照明的實(shí)現

為了使環(huán)境照明能在車(chē)載環(huán)境里有實(shí)際的影響，并真正讓到乘客和駕駛員體驗其舒適性，需要在車(chē)內布置大量的固態(tài)光源 ——可設置于腳部空間，沿儀表板，穿過(guò)車(chē)頂部下側，或是門(mén)板等，以及用于照亮車(chē)內特定部位(車(chē)內門(mén)把手、杯托等)。在光電領(lǐng)域對于單封裝發(fā)光器件的三原色混色并使其擴散于整個(gè)車(chē)內已經(jīng)取得了進(jìn)展，然而隨著(zhù)需要將所有RGB LED互連的成本要求對環(huán)境氛圍光的實(shí)現方式有著(zhù)非常大的制約，考慮到這個(gè)因素，現可能只會(huì )被用于豪華車(chē)內。這無(wú)疑是不幸的，因為如果價(jià)格適當，它完全可以被廣泛用于中檔或是入門(mén)級轎車(chē)。

圖1 應用車(chē)內環(huán)境照明的實(shí)際效果

1.LIN 控制

與考慮任何一種方案一樣，成本的要求是首當其沖的。在車(chē)內環(huán)境照明解決方案中實(shí)施本地互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)通信是最佳的做法，可有助于降低開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)周期，因此利用現有的總線(xiàn)設施，重量輕、單線(xiàn)LIN通信是對高性能，成本昂貴的CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò ))通信的補充。每個(gè)RGB LED模塊可以連接在LIN網(wǎng)絡(luò )而不需要額外的布線(xiàn)。因此，整體系統成本可保持在最低水平，再加上汽車(chē)總重量不會(huì )增加——從而避免了燃油損耗的增加，而且設計者也可以利用LED的封裝優(yōu)勢進(jìn)一步提升車(chē)內體驗。

2.恒流源驅動(dòng)

LED必須使用恒流源驅動(dòng)。大部分LED都有一個(gè)規定的電流級別，LED在這個(gè)電流級別可達到最大的亮度，且有助于LED壽命。另外LED的光能輸出和其流經(jīng)的電流是成正比的。

控制LED亮度通常有兩種方式：一是改變LED電流;二是對LED驅動(dòng)的恒流源電流采用脈寬調制(PWM)改變占空比。

第一種方式的主要缺點(diǎn)：隨著(zhù)電流的降低，LED效率也隨之降低，對于高功率LED，電流的降低還會(huì )導致顏色偏差。然而PWM調光方式以全電流驅動(dòng)LED，可避免效率降低和顏色偏差等問(wèn)題。

邁來(lái)芯電子最新推出的MLX81106包含上述必要的內部驅動(dòng)技術(shù)，芯片可利用內建恒流源直接驅動(dòng)4顆LEDs(紅、綠、藍和白)，并且使用MOS柵電壓幅值調整實(shí)現PWM占空比調制。

圖2 MLX81106驅動(dòng)RGB LED電路圖

3.RGB LED 顏色控制算法以及補償

使用集成MCU微控制器方式可檢測并控制RGB LED顏色，產(chǎn)生特定的顏色，以及混合的顏色。如，可以混合RGB的成分來(lái)產(chǎn)生特定的白光。

通過(guò)采用紅色、綠色和藍色的顏色值以及亮度值可產(chǎn)生所需的顏色，對應地采用三個(gè)PWM通道或是四個(gè)PWM通道實(shí)現，本文討論的是采用三個(gè)PWM通道實(shí)現將顏色和亮度控制結合在一起的方式，因此需要更高的PWM分辨率以及功能強大的MCU。

MLX81106 本身集成了MCU，其4路輸出能實(shí)現最高到30mA (使用內部電路增強功能可達48mA)的驅動(dòng)電流驅動(dòng)外部RGB LED(如果需要輸出更大電流來(lái)驅動(dòng)白色LED，可以采用芯片本身高邊IOs驅動(dòng)外接器件來(lái)實(shí)現)混光產(chǎn)生2.7 x 1014不同的顏色—— 從而使用戶(hù)有更加廣泛的選擇。

另外LED的溫度和差異性是影響LED顏色因素的一部分，因此需要對這兩者的影響進(jìn)行補償。

對于溫度補償，低成本且有效的方式是采用芯片內部集成的溫度傳感器和比較器;或是檢測LED的正向壓降，MLX81106可提供上述兩種方式的實(shí)現硬件，其集成的LED閾值檢測能力不僅對LED溫度進(jìn)行補償，也可對LED老化實(shí)現補償，而不需要任何外部元器件。

由于LEDs 通常因為生產(chǎn)過(guò)程會(huì )造成的光強度的差異，這會(huì )引起輸出混光顏色的差異。為了彌補該效應MLX81106集成的128字節EEPROM可用來(lái)在模塊生產(chǎn)線(xiàn)上對LEDs進(jìn)行終端校準，從而實(shí)現LED差異性補償。

4.網(wǎng)絡(luò )實(shí)現方式

由于整個(gè)車(chē)內部需要大量的固態(tài)光源，基于物流原因，重要的一點(diǎn)是確保所有模塊都是相同的(硬件和軟件方面)。為了簡(jiǎn)化汽車(chē)的生產(chǎn)過(guò)程，需要對單個(gè)模塊進(jìn)行單獨的控制，就需要實(shí)現一個(gè)系統來(lái)檢測汽車(chē)內每個(gè)模塊的具體位置。此外，對汽車(chē)內照明節點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)以及診斷的要求，都需要使用適合的低成本通信協(xié)議，如之前討論 OEM汽車(chē)廠(chǎng)商最新開(kāi)發(fā)的車(chē)內照明采用的最經(jīng)濟有效方式是LIN/J2602通信協(xié)議，進(jìn)而考慮到需要檢測每個(gè)模塊并對其實(shí)現診斷，現在一些OEM汽車(chē)廠(chǎng)商正考慮采用具有自動(dòng)尋址功能的LIN通信。該方式基于總線(xiàn)并聯(lián)(已用于空調系統)方式實(shí)現。雖然與標準LIN通信相比增加了硅的成本，但是該系統提供在整車(chē)EOL過(guò)程中對所有模塊實(shí)現檢測的功能，降低OEM汽車(chē)廠(chǎng)商和一級供應商的物流成本。