商業照明的獨特之處在于，在典型的商業建筑中發生了各種各樣的任務。由此產生的向LED和高效照明的轉變為簡單的照明控制帶來了計算機化的復雜性。新型高效照明的標志是照明模式和刷新周期的數字脈沖寬度調制（PWM）。數字控制對于高壓直接控制照明和低壓照明都很常見。

為了解決多種應用問題，不僅要使用多個燈泡，還要在同一個燈具中使用多種顏色的光源，而這些燈光又需要進行混合才能產生各種照明效果。這些混合和控制功能由嵌入式微控制器解決方案處理，包括照明燈具和用戶控制界面。

商業照明任務

如今的大多數商業照明都是由大型管狀冷白（藍色）熒光燈組成。這些照明光源包括用于天花板面板中辦公桌和辦公空間的頂部照明，支配小隔間和辦公桌的柜臺燈，以及用于會議區，車庫，樓梯間和高天花板應用的開放式高瓦數燈（見圖1和2）。這些燈的主要功能是“日光模擬”，陰影最少。

圖1：吊頂燈。

圖2：大面積照明。

這些燈通常具有開關功能，并且每天開啟超過16小時。高頂燈 - 通常用于會議區域和大型入口 - 也可能包括調光控制。商業空間的增長趨勢涉及通過窗戶和開放空間引入的陽光補充動力照明。這些建筑特征正在推動所用照明類型的重大變化。

建筑照明的目標是區域的光覆蓋均勻性。然而，自然光的顏色，強度和方向全天都在變化，但至少強度可以通過百葉窗和窗簾來控制。結果，在桌子和天花板上的填充照明被大量使用。這些填充裝置傾向于用調光器控制，以幫助優化房間的光平衡。

基于傳感器的解決方案和挑戰

隨著公司向這些混合照明環境邁進，他們還通過使用室內傳感器來確定“開啟16小時”問題，以確定如果房間正在使用，請添加。這些系統不是使用手動“人工操作”調光器做出這些決定，而是使用遠程和本地嵌入式微控制器來確定正確的照明應該是什么。

微控制器的關鍵輸入是基于傳感器反饋的定義狀態表。這些系統沒有大型復雜的GUI，但通常具有簡單的觸摸屏或按鈕。他們也可能沒有展示和自主工作。傳感器向MCU傳達關于亮度水平，運動和接觸的信息，盡管一些傳感器可以提供具有顏色識別的全照片成像。

新的控制功能

隨著新傳感器的推出，也采用了新的照明類型。 LED和OLED/AMOLED燈的興起增加了照明的復雜性以及可用選項的數量。

傳統燈具有單色可供選擇。整個燈串/燈管/燈泡/燈具使用共同的啟動電路并產生單一基色，通常由容器中氣體和燈絲材料的化學組合定義。然而，LED是小尺寸的電子燈，可以以不同圖案的陣列混合以產生大面積光源。結果，可以將不同峰值顏色的光混合在一起。 LED的顏色范圍從單色（如藍色，紅色，綠色，橙色，黃色和琥珀色）到白色的多種色溫。

有新的混合顏色模塊 - 白色和琥珀色;白色，紅色，綠色和藍色;白色，琥珀色，黃色和藍色;和白色的多個色溫。這些混合光源為模塊中的每個LED使用單獨的PWM控制和驅動器，并且還可以組合成用于大面積覆蓋的串。混合顏色以提供特定的輸出顏色是直接的并且可以產生混合表，該混合表識別特定LED需要的任何驅動器控制以便產生特定的光顏色和強度。

微控制器選項

對于照明應用，有四種基本類別的環境使用微控制器：電池或線電壓操作，帶或不帶顯示器。 MCU確定照明情況和適當的響應。 LED和其他照明的實際PWM驅動由驅動器IC（如Infineon Technologies ILD4120驅動器）處理。英飛凌驅動器是專為LED應用而優化的降壓轉換器，如圖3所示。

圖3：英飛凌ILD4120 LED控制器框圖（由英飛凌科技公司提供）。

目標照明應用的大多數開發套件都基于ARM?內核。核心通常是CortexTM-M0和Cortex-M3核心;但是，對于某些先進的照片和圖像處理應用，可以使用Cortex-M4（包括DSP）。可從Digi-Key的恩智浦半導體公司獲得的Cortex-M處理器可作為單獨組件，在應用板上或作為整個開發系統的一部分提供。這些部件設計有許多占位面積和功率因數。恩智浦微控制器可帶或不帶顯示驅動器，范圍從大型Cortex-M4設計（LPC4300）到最小的Cortex-M0（帶有16位指令的32位數據）。恩智浦的LPC1200還具有5 mm2的小尺寸和簡化的易編程指令集（見圖4）。

圖4：Cortex-M0與Cortex-M3指令集的比較（由NXP Semiconductors提供）。

由于某些照明控制模塊是改裝項目，因此通常必須使用電池供電的系統運行。這些部件需要不同類型的微控制器 - 一個針對功率而非速度進行了優化。大多數照明控制功能發生在2到4秒的范圍內，需要在不到500毫秒的時間內獲取要處理的數據。在這些時間范圍內，可以使用基于ARM的超低功耗微控制器，例如Energy Micro的Gecko系列。這些微控制器具有能量管理系統，低功耗定時器和超低功耗有源模式，所有這些都可以大大延長電池壽命。圖5顯示了微控制器模塊的架構。這些低功耗特性可實現更長的待機時間或相同的狀態活動，并且切換和計算時間最短。照明應用通常進行有效狀態確定并按2％的占空比順序切換;剩下的時間用于觀察照明環境的變化。

圖5：Gecko EFM32低功耗微控制器模塊（由Energy Micro提供）。

微控制器本身可以放置在幾個不同的位置。大多數情況下，它們集成在照明燈具本身中，而照明燈具本身可以是獨立的，也可以通過電線或RF鏈接連接到其他照明模塊。

這些微控制器的設計有幾個關鍵，是商業照明領域獨有的。一個是照明狀態的現場可編程性。由于商業空間在照明解決方案的使用壽命期間通常會有幾個不同的租戶，因此將照明更新到新租戶的能力是必不可少的。根據新乘客的偏好，典型的變化包括辦公室空間照明從暖色調（偏紅色調）轉變為冷色調（藍色色調）。更重要的是，房間中的家具的位置及其顏色/材料影響了呈現給房間的光的反射和吸收，因此必須更新照明圖案和強度。此外，傳感器輸入也會不同。一些租戶可能想要使用運動傳感器來確定是否正在使用房間，而其他人可能想要進行多狀態主動控制（基于在空間中完成的任務而不是僅僅占用空間來實現明亮或暗淡）。這些更改會影響控制電子設備的I/O，GUI控制和狀態機負載。

對于某些系統，PWM流量確定最好在微控制器而不是光驅動器中完成。對于低壓應用，變壓器耦合設計以及高效率和多串照明，定時和混色的復雜性最好由微控制器直接處理。大多數微控制器都具有數字和模擬I/O，并且能夠直接控制將運行燈的照明驅動器電路。直接驅動的優勢在于增強的靈活性可以通過擴展狀態選項和微控制器中的更大存儲器實現，而不是驅動器電子設備中常見的存儲器。兩種或多種顏色混合的復雜性和來自多個傳感器的輸入（溫度，運動，亮度，活動，環境光等）都是異步的中斷式傳感器，沒有設置狀態變化的時間表。基于ARM的微控制器可以支持異步和同步中斷以及端口數據。

為了幫助開發和設計這些設計原型，最好構建一個功能和形狀因子適用的原型。有許多開發系統可供選擇，包括參考和接口板，軟件，宏，IP和電纜。這些主板大多數來自第三方ARM Cortex芯片供應商。典型套件包括Atmel的AT91SAM評估套件和德州儀器的LM3S2965評估套件。這些是完整的開發工具包，支持代碼的所有選項，并包含靈活的編程環境。還有其他小型開發系統可以構建到正確的外形和電源窗口中進行測試。

FPGA庫中的這些微控制器內核的可用性使得能夠快速開發復雜的工業和商業照明系統，添加多串驅動器和先進的顏色混合/傳感器方案作為控制功能的一部分。