汽車OEM內(nèi)飾設(shè)計師在追求提升產(chǎn)品價值和提高汽車吸引力的同時，也在致力于創(chuàng)造積極的駕駛體驗和提高品牌知名度。這些因素共同奠定了LED環(huán)境照明解決方案迅猛發(fā)展的基石。電子設(shè)備繼續(xù)成為汽車組件中增長最快的部分，其發(fā)展速度超過了機械裝置、氣動裝置和液壓裝置。隨著LED環(huán)境照明應(yīng)用的數(shù)量不斷增多（從集群背光到杯座燈，再到地圖燈、腳踏空間和車門飾件的情境照明，以及頂燈），汽車OEM已對白色和彩色的LED環(huán)境照明解決方案進行區(qū)分使用。事實上，研究表明，照明可以增強駕駛員的視覺。

　　為了匹配應(yīng)用要求并實現(xiàn)經(jīng)濟高效且上市時間更短的設(shè)計，選擇正確的嵌入式解決方案仍然至關(guān)重要。本文將深入介紹以下內(nèi)容：

　　1. 控制LED環(huán)境照明解決方案的方法之間的權(quán)衡

　　2. 使用控制算法實現(xiàn)對LED顏色的有效像素合并、調(diào)光和溫度補償

　　3. 通過更改LED陣列的顏色和亮度來創(chuàng)造駕駛員偏愛的照明場景

　　隨著對聯(lián)網(wǎng)照明模塊的需求不斷增長，在LED環(huán)境照明解決方案中實施LIN通信的最佳做法可有助于降低開發(fā)成本和縮短開發(fā)周期。由于LED消耗的能源更少，占用的空間更小，因而汽車燃油效率將增強，而且設(shè)計師可利用LED的封裝優(yōu)勢將其創(chuàng)造力擴展到照明中，從而提高車內(nèi)體驗。

　　總的來說，LED環(huán)境照明解決方案讓OEM擁有了為駕駛員和乘客創(chuàng)造舒適氛圍的機會。

　　LED環(huán)境照明遠(yuǎn)不止于其新奇的特性。在過去幾年，對車內(nèi)照明影響的研究并未被人關(guān)注，而研發(fā)的重點一直在車外照明。這種情況正在發(fā)生變化。隨著近幾年來LED技術(shù)的飛速發(fā)展，OEM已不僅能提供更加多彩的車內(nèi)照明，還能提供用戶可調(diào)的照明。這樣，駕駛員能夠根據(jù)個人情緒或品味來調(diào)節(jié)照明。此外，車內(nèi)照明還有更大的潛力。

　　在未來的車型中，車內(nèi)照明極有可能成為高級駕駛員信息系統(tǒng)的一部分。這一創(chuàng)新的想法是根據(jù)駕駛情況調(diào)節(jié)車內(nèi)照明燈。例如，汽車在城市中、鄉(xiāng)村公路上和高速公路上行駛時，車內(nèi)照明燈的顏色會有所不同。紅色車內(nèi)照明燈可提高駕駛員在城市中的警覺性，而黃色車內(nèi)照明燈有助于駕駛員在高速公路上駕車時放松心情。車內(nèi)照明甚至可以提醒駕駛員，事故可能就要發(fā)生。在許多情況下，無閃爍的車內(nèi)照明與汽車制造商的高價值定位聯(lián)系在一起，以使其產(chǎn)品在競爭日趨激烈的環(huán)境中脫穎而出。

　　驅(qū)動LED

　　LED必須使用恒流源驅(qū)動。大多數(shù)LED都有一個規(guī)定的電流級別，LED在該電流級別下可達(dá)到最大亮度，且不會過早損壞。LED的光能輸出與經(jīng)過的電流成正比。有兩種方法可控制電路中的LED亮度。一種是改變LED驅(qū)動電流。LED驅(qū)動電流可通過可變電阻或可變電壓電源控制。另一種方法是對LED驅(qū)動電流應(yīng)用脈寬調(diào)制（PWM）或頻率可變但占空比固定的PWM。

　　第一種方法主要有兩個缺點：隨著電流的降低，LED效率可能也隨之降低。而且，在高功率白色LED中，電流級別降低可能會導(dǎo)致顏色偏差。PWM調(diào)光技術(shù)始終以全電流驅(qū)動LED。因此，可以消除效率降低和顏色偏差等問題。為了產(chǎn)生不同的顏色組合，PWM輸出的占空比需要隨時間發(fā)生變化。

　　顏色控制方法

　　利用嵌入式單片機技術(shù)，可以檢測和主動控制光源的顏色成份。主動顏色控制可用于產(chǎn)生特定的燈光顏色，也可以用于產(chǎn)生混合顏色。例如，可以混合多種組成色來產(chǎn)生特定質(zhì)量的白光。

　　利用三個分別表示紅色（R）、綠色（G）和藍(lán)色（B）的顏色值以及另外一個表示亮度的值可產(chǎn)生所需的顏色。可以采用三個PWM通道，或者采用四個PWM通道（其中三個通道分別表示三種顏色，額外的第四個通道表示亮度）實現(xiàn)，后者更加簡單高效。福特汽車公司最新推出的提供情境照明的車型即采用了后一種方法。

　　使用三個通道將顏色和亮度統(tǒng)一控制的方法通常需要14位到16位的分辨率以及功能強大的單片機（MCU）。利用四個分辨率均為10位的通道也可以實現(xiàn)相同質(zhì)量，這些通道通常在低成本8位MCU中提供。在四通道的方案中，由外部硬件電路計算顏色與亮度的乘積。在低成本8位MCU上也可以利用冪函數(shù)近似法足夠精確地實現(xiàn)亮度控制所需的典型對數(shù)級漸變（見圖1）。

　　圖1 采用3個和4個PWM通道的解決方案的框圖

　　LED溫度是對LED顏色有明顯影響的因素之一。因此，需要對溫度造成的影響進行補償。一種廉價而簡單有效的溫度補償方法是使用單片機的片上比較器和位于LED附近的低成本負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻。另一種獲得LED溫度控制的方法是測量其正向壓降。單片機集成的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的分辨率足以完成此任務(wù)。正向壓降測量有一定優(yōu)勢，因為無需額外的外部組件。

　　照明網(wǎng)絡(luò)

　　顏色校正、溫度補償、顏色更改、顏色混合、亮度控制以及汽車制造商實現(xiàn)各種照明場景的期望都必然使用到單片機，例如帶非易失性存儲器的PIC® MCU。此外，對汽車內(nèi)RGB照明節(jié)點進行聯(lián)網(wǎng)的需求以及對診斷的要求，都需要合適的低成本通信協(xié)議。第一代車內(nèi)照明采用分別接線，而OEM最新一代和最新開發(fā)的車內(nèi)照明則采用眾所周知且經(jīng)濟高效的LIN/J2602通信總線。LIN通信速度為19.2k波特，足以支持顏色變化和照明場景，且不會對駕駛員和乘客產(chǎn)生明顯影響。

　　最近，一些汽車制造商正考慮將具有自動尋址功能的LIN通信用于此類應(yīng)用。有多種已知的自動尋址方法，每種方法都有各自的優(yōu)缺點（見圖2）。所有方法的相同點是，與標(biāo)準(zhǔn)LIN通信相比，增加了硅的成本。但是，這種附加成本會降低OEM和1級供應(yīng)商的物流成本。

　　圖2 帶自動尋址和不帶自動尋址的LIN收發(fā)器的框圖

　　尋址空間限制

　　典型的車內(nèi)照明應(yīng)用會受到非常大的空間限制。燈節(jié)點嵌入在開關(guān)、杯架、門把手、儀表板、座位、閱讀燈、腳踏區(qū)域和頂部控制臺中。電子設(shè)備的可用空間通常被壓縮到10 mm x 20 mm或更少，這推動了SSOP、QFN和DFN等小型封裝解決方案的應(yīng)用。在這種環(huán)境下，對于低功率耗散和擴展工作溫度范圍為-40°C到125°C的半導(dǎo)體器件，需要對環(huán)境溫度和自身發(fā)熱進行仔細(xì)的熱量管理。通常情況下，節(jié)點連接到端子30，因此需要非常低的待機電流，要遠(yuǎn)低于100 µA。