微控制器是任何控制系統的核心，對于商業照明，它們在降低功耗方面可以發揮兩個關鍵作用。

將網絡節點添加到照明系統允許從中心點控制照明系統，與企業軟件集成以打開和關閉電源。然而，微控制器的集成度越來越高，尤其是脈沖寬度調制模塊，使它們能夠直接控制照明系統，從而提供更有效的控制并降低成本。

降低商業設施的能源供應成本是關鍵的擁有成本要求。隨著能源成本的上升，商業辦公環境的照明成本是相當大的。當房間里沒有人時能夠關閉照明，并根據建筑物的占用情況自動打開和關閉，這使得設施管理者可以大大降低運營成本。

這是“日光采集”的一部分，自然光與人工照明系統相結合，使環境盡可能有效地工作，并降低成本。這需要更復雜的設計，在不同的地方使用不同類型的照明系統來產生不同類型的光。例如，在遠離來自窗戶的自然光的較暗區域中的鹵素聚光燈獲得在當天晚些時候開啟的功能，而不是使用不斷開啟的更多漫射熒光燈。

所有這些系統也應連接到中央控制器，以優化照明在白天和晚上的使用。這些控制系統需要盡可能簡單易用，理想情況是內置于網絡節點中的智能，以降低用戶的整體復雜性。

網絡節點的微控制器選擇取決于所使用的無線協議。在商業環境中，能夠使用現有的2.4GHz Wi-Fi網絡來鏈接照明控制節點具有相當大的優勢。節點的功耗不是一個大問題，因為電源可以與燈一起提供，并且具有可以與現有企業系統集成的一致，同質網絡的優勢是關鍵。否則，需要單獨的網絡基礎結構，并且作為獨立操作運行可能更昂貴。這可以是更簡單的ZigBee系統的情況，盡管這種技術正被更多的樓宇自動化系統使用，如果已經安裝，它可能是一個可行的選擇。

將接口連接到燈本身是微控制器變得重要的另一個領域。該功能不是設計單獨的脈沖寬度調制電路，而是越來越多地集成到微控制器中。這為優化控制算法提供了更大的靈活性，以最大效率操作照明，從而最小化燈打開時的功耗。

在商業環境中轉向LED照明也正在改變照明控制系統的設計方式，現在需要不同的驅動電子設備。這也與最新一代帶有LED驅動器的微控制器以及PWM和定時器集成在一起，為處理辦公室中廣泛的照明系統提供了靈活的平臺。高端的一些微控制器也集成了LCD和觸摸屏控制器，還通過觸摸板和屏幕提供本地控制。

研究人員正在研究不同類型的商業照明，從LED到模擬天空的全面板，這些也需要復雜的控制電路。位于斯圖加特的弗勞恩霍夫工業工程研究所的一個團隊開發了一系列34，560個LED，占地34平方米，模擬了天空。

發光天花板由50厘米×50厘米的瓷磚組成，每塊瓷磚有288個LED。然后將漫射膜連接在LED下方大約30厘米處，以確保不會感覺到各個光點產生照亮整個房間的均勻照明。在全功率下，“天空”亮起的強度超過3，000勒克斯，但500至1，000勒克斯足以創造舒適的照明水平。

圖1：德國弗勞恩霍夫研究所研究人員開發的“天空”天花板照明系統。

開發虛擬天空的主要焦點是在陰天模擬自然光照條件。為了實現這一目標，研究人員仔細研究了自然光，以了解當云在天空中移動時光譜如何以及如何快速地變化。 LED允許團隊以肉眼不直接的方式模擬照明中的這些動態變化。否則，照明可能會分散人們的注意力。

初步研究結果表明，用戶發現這種動態照明非常令人愉悅。該研究涉及10名志愿者，他們在這些照明條件下進行了為期4天的日常工作，照明表面為30厘米×60厘米。在整個第一天，照明保持靜止。在第二天，它輕微波動，并在第三天波動迅速。在第四天，參與者可以選擇他們想要的照明類型，80％的人選擇快速，動態的照明。

這些開發需要更復雜的控制器。在商業環境中運行意味著溫度和封裝要求比工業設計要求低，允許考慮更廣泛的微控制器。

德州儀器（TI）的LM3S1P51 Stellaris處理器針對具有脈沖寬度調制（PWM）外設和32位ARM Cortex-M3處理器內核的照明控制進行了優化。 Cortex-M3處理器基于高性能處理器內核，采用3級流水線Harvard架構，是嵌入式應用的理想選擇。該處理器具有高效的指令集和廣泛優化的設計，提供高端處理硬件，包括一系列單周期和SIMD乘法和乘法累加功能，飽和算術和專用硬件劃分。

圖2：德州儀器（TI）的Stellaris LM3S1P51內核，帶有照明控制PWM模塊。

對于成本敏感的商業設計，Cortex-M3處理器實現緊密耦合的系統組件，可減少處理器面積，同時顯著改善中斷處理和系統調試功能。 Cortex-M3處理器實現了基于Thumb-2技術的Thumb指令集版本，確保了高代碼密度和降低的程序存儲器要求，從而提供具有8位和16位高代碼密度的32位架構的性能位微控制器。

Cortex-M3處理器緊密集成了嵌套中斷控制器（NVIC）和不可屏蔽中斷（NMI）以及8個中斷優先級。處理器內核與NVIC的緊密集成提供了中斷服務程序（ISR）的快速執行，大大減少了中斷延遲并允許實時控制照明系統。

寄存器的硬件堆棧以及暫停加載多次和存儲多次操作的能力進一步減少了中斷延遲。中斷處理程序不需要任何匯編程序存根，從ISR中刪除代碼開銷。尾鏈優化還可以顯著降低從一個ISR切換到另一個ISR時的開銷。為了優化低功耗設計，NVIC集成了睡眠模式，包括深度睡眠模式，可以使整個設備快速斷電。

LM3S1P51微控制器提供集成在器件中的運動控制功能，包括用于照明控制應用的六個高級PWM輸出，四個用于促進低延遲關斷的故障輸入和兩個正交編碼器輸入（QEI）。

脈沖寬度調制（PWM）是一種用于對模擬信號電平進行數字編碼的強大技術。高分辨率計數器用于產生方波，并且方波的占空比被調制以編碼模擬信號。 LM3S1P51 PWM模塊由三個PWM發生器模塊和一個控制模塊組成。每個PWM發生器模塊包含一個定時器（16位向下或向上/向下計數器），兩個比較器，一個PWM信號發生器，一個死區發生器和一個中斷/ADC觸發選擇器。

每個PWM發生器模塊產生兩個PWM信號，可以是獨立信號，也可以是插入死區延遲的單對互補信號，包括四個故障條件處理輸入，可快速提供低延遲關機并防止損壞鎮流器。還有一個16位計數器和兩個PWM比較器，它們可以在匹配時同步產生輸出信號，還有一個PWM信號發生器，其中輸出信號是根據計數器和PWM比較器的結果構建的輸出信號。

意法半導體（STMicroelectronics）旗下也有一系列采用ARM Cortex-M3內核，適用于商業照明應用。 STM32F100xx工作頻率為24 MHz，集成了高速嵌入式存儲器（高達128 KB的閃存和高達8 KB的SRAM），以及連接到兩個APB總線的各種外設和I/O.所有器件均提供標準通信接口（最多兩條I2C線，兩條SPI，一條HDMI CEC，最多三條USART），一個12位ADC，兩個12位DAC，多達六個通用16位定時器，以及高級控制PWM定時器。

高級控制定時器（TIM1）可視為在六個通道上復用的三相PWM。它具有互補的PWM輸出，可編程插入死區時間，也可視為完整的通用定時器。這四個獨立通道可用于輸入捕獲，輸出比較，邊緣或中心對齊模式下的PWM生成以及單脈沖輸出模式。當配置為16位PWM發生器時，它具有0到100％的完全調制能力。

如果需要低功耗控制器，可能使用電池供電，那么Energy Micro已將其EFM32G222F128 Gecko 32位控制器用于此類應用。如果實施各種各樣的控制器，例如在“天空般的”天花板中有大量的瓷磚，低功率就成了問題。

圖3：具有PWM功能的Energy Micro的Gecko ARM Cortex-M3處理器。

EFM32G222F128使用運行速度高達32MHz的32位ARM Cortex-M3 CPU，內存保護單元，喚醒中斷控制器和靈活的能量管理系統來關閉非外圍設備在使用中以節省電力。它包括三個16位定時器/計數器和三個3通道比較/捕獲/PWM通道以及三個8位脈沖計數器。

這些設備提供了控制照明系統的所有附加電路，從溫度傳感器到掉電控制的輸入，再到其他傳感器的輸入范圍，可用于商業照明的日光采集方案系統。

在更高端，ARM M4內核增加了數字信號處理功能，可用于額外的算法處理和一些處理器，如飛思卡爾半導體的Kinetis K30系列，以及用于控制LCD屏幕作為本地控制系統一部分的LCD接口。 MK30DN512ZVLL10提供高達100 MHz的性能，最高512 KB的程序閃存和高達128 KB的RAM以及16通道DMA控制器，最多支持64個請求源。它支持兩個16位SAR ADC，每個ADC都帶有一個集成的可編程增益放大器，用于連接外部傳感器和12位DAC。該器件還集成了三個模擬比較器（CMP），包含一個6位DAC和可編程參考輸入，以及一個可編程延遲模塊和一個八通道PWM定時器，可用于控制照明系統。它還包括一個觸摸傳感器和LCD驅動程序，用于管理單個設備的本地控制面板。

圖4：飛思卡爾K30提供PWM和LCD和觸摸控制器。

但是除了32位處理器之外還有更多選擇。

Atmel的AT90PWM1-16SU是一款高性能，低功耗8位微控制器，采用該公司的高級RISC架構（AVR）。它有131條指令，大多數指令在一個時鐘周期內執行，閃存和外設專門針對照明控制。

兩個12位高速PSC（功率級控制器）具有4位分辨率增強功能，可為熒光燈的燈鎮流器提供波形生成。非重疊反向PWM輸出具有靈活的死區時間和可變的PWM占空比和頻率，可以生成最有效的控制信號。還有一個8位通用定時器/計數器，具有獨立的預分頻器和捕捉模式，以及一個16位版本，以簡化控制器的設計。

控制器還可用于通過電容式觸摸界面將燈的直接控制與人機界面相結合，從而減少材料清單和控制節點的成本。然而，這在由用戶而不是廣域網直接控制的獨立單元中更頻繁地使用，因此對于日光采集系統不太有用。

除了處理通信的微控制器外，還有許多機會可以為商業照明的日光采集系統的控制和實施提供額外的價值。通過集成脈沖寬度調制模塊，用于連接傳感器的模數轉換器以及顯示器和網絡節點的高速接口，設計人員可以通過最少的材料清單提供經濟高效的實施方案。為照明系統提供這種控制使商業建筑運營商能夠顯著降低設施的功耗和運行成本。