汽車電子氛圍燈呼吸效果控制原理

在當(dāng)今汽車行業(yè)瘋狂內(nèi)卷的時(shí)代，各車企均把大量精力花費(fèi)在那些用戶可以第一時(shí)間感知到的功能上。對(duì)于一輛車倆說(shuō)，外觀是用戶對(duì)其第一印象，由于大量國(guó)外知名設(shè)計(jì)師的加盟以及本土設(shè)計(jì)師的成長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)的車輛造型設(shè)計(jì)可以說(shuō)是突飛猛進(jìn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)造車工藝水平的整體提高，大部分車企的車輛外觀及質(zhì)感有了質(zhì)的提升，基本擺脫了前些年的廉價(jià)感。

正所謂各花入各眼，當(dāng)用戶第一眼被該車的造型吸引之后，要想用戶掏腰包買下這輛車，車輛內(nèi)部座艙的設(shè)計(jì)就變得及其重要。如果將車輛造型比作人外在的皮囊，那么座艙就像一個(gè)人內(nèi)在的靈魂。有趣的靈魂可以從千篇一律的皮囊中脫穎而出。

座艙除了已經(jīng)熟知的沙發(fā)、彩電、大冰箱外，還有一些不那么容易引起注意的設(shè)計(jì)，比如今天的主角---氛圍燈。

氛圍燈出現(xiàn)其實(shí)已經(jīng)有好多年，從最開(kāi)始的單色氛圍燈，到64色、128氛圍燈，再到現(xiàn)在的256色氛圍燈，氛圍燈的功能變得越來(lái)越強(qiáng)大。

01 RGB簡(jiǎn)介

RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)對(duì)紅(Red)、綠(Green)、藍(lán)(Blue)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來(lái)得到各式各樣的顏色的，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一，如圖2所示。

圖2 RGB原理

在電腦中，RGB的所謂“多少”就是指亮度，并使用整數(shù)來(lái)表示。通常情況下，RGB各有256級(jí)亮度，用數(shù)字表示為從0、1、2...直到255。按照計(jì)算，256級(jí)的RGB色彩總共能組合出約1678萬(wàn)種色彩，即256×256×256=16777216，通常也被簡(jiǎn)稱為1600萬(wàn)色或千萬(wàn)色，或稱為24位色(2的24次方)。

RGB是從顏色發(fā)光的原理來(lái)設(shè)計(jì)定的，通俗點(diǎn)說(shuō)它的顏色混合方式就好像有紅、綠、藍(lán)三盞燈，當(dāng)它們的光相互疊合的時(shí)候，色彩相混，而亮度卻等于三者亮度之總和，越混合亮度越高，即加法混合。紅、綠、藍(lán)三盞燈的疊加情況，中心三色最亮的疊加區(qū)為白色，加法混合的特點(diǎn)：越疊加越明亮。

02 氛圍燈控制原理

氛圍燈其實(shí)是由一顆顆小小的LED組合而成，最開(kāi)始的單色氛圍燈就比較簡(jiǎn)單，就普通的LED就可以實(shí)現(xiàn)，后面的多色氛圍燈采用的是RGB燈珠，氛圍燈通過(guò)控制RGB的比例來(lái)組合而成不同的顏色。

用戶通過(guò)設(shè)定不同的RGB 來(lái)生成不同的顏色，再設(shè)定氛圍燈的亮度，對(duì)應(yīng)的RGB和亮度值輸入給LED驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片解析完之后控制RGB LED燈珠的PWM占空比，從而實(shí)現(xiàn)氛圍燈顏色和亮度的控制。

RGB LED的亮度和顏色控制本質(zhì)上是控制每一路RGB驅(qū)動(dòng)的PWM占空比，從而控制LED的電流，以達(dá)到調(diào)節(jié)LED的顏色和亮度，PWM的頻率需要大于人眼能識(shí)別的頻率，不然會(huì)使得燈出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，氛圍燈控制原理如圖3所示。

圖3 氛圍燈控制原理

一、氛圍燈呼吸效果控制

我們想控制燈實(shí)現(xiàn)呼吸的效果：呼吸頻率是1s，亮度周期是最亮→30%亮度。那只要把PWM在1s的時(shí)間內(nèi)均勻的由100%遞減到30%，再由30%均勻的遞增到100%就可以，其中呼吸頻率和亮度周期都是可以根據(jù)體驗(yàn)的需求進(jìn)行設(shè)定，控制原理如圖4所示。

圖4 氛圍燈呼吸效果控制原理

二、氛圍燈顏色控制

我們?cè)O(shè)定了一個(gè)顏色A，對(duì)應(yīng)的RGB分別數(shù)值為（X1,Y1,Z1）,經(jīng)過(guò)RGB LED驅(qū)動(dòng)芯片的查表轉(zhuǎn)換，每個(gè)RGB驅(qū)動(dòng)PIN腳的PWM占空比將會(huì)是（A,B,C），控制原理如圖5所示。

圖5 氛圍燈顏色控制原理

三、氛圍燈音樂(lè)律動(dòng)控制

音樂(lè)的本質(zhì)是不同頻率的聲音隨著時(shí)間的流動(dòng)，所以樂(lè)譜主要記錄的是頻率隨時(shí)間的變化關(guān)系。通過(guò)對(duì)音樂(lè)中樂(lè)譜音符的抽取，從而轉(zhuǎn)化成不同的頻率，一般把所有的音符轉(zhuǎn)化成高、中、低三種不同的頻率，因?yàn)槊總€(gè)音符持續(xù)的時(shí)間不一樣，根據(jù)不同的頻率和持續(xù)的時(shí)間，可以使氛圍燈呈現(xiàn)出不同的變化節(jié)奏，音符頻率對(duì)照表如表1所示。

表1?音符頻率對(duì)照表

比如音樂(lè)頻率低的時(shí)候，氛圍燈的亮度可以設(shè)定為E，頻率中等時(shí)為F，頻率為高時(shí)設(shè)定為G；亦或者音樂(lè)的頻率低的時(shí)候，氛圍燈的顏色可以設(shè)定為H，頻率中等時(shí)為I，頻率為高時(shí)設(shè)定為J；或者兩者進(jìn)行不同的音樂(lè)頻率，氛圍燈不僅僅只是改變顏色，亮度同時(shí)也跟著改變，這些都是可以根據(jù)最終的體驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定。

以上僅僅是筆者的拋磚引玉，這方面的設(shè)計(jì)理應(yīng)可以更加完美。氛圍燈作為座艙的氣氛擔(dān)當(dāng)，甚至可以根據(jù)車主的心情變幻出不同的顏色。

上面提到的僅僅是對(duì)氛圍燈整體控制的描述，目前的氛圍燈燈帶不僅僅只有一顆LED燈珠，少的5、6顆，多則20、30顆。這意味著氛圍燈可以搭配出更加夢(mèng)幻的組合，每一顆LED都可以實(shí)現(xiàn)不同的顏色和亮度的控制，設(shè)計(jì)師們應(yīng)該充分利用這些軟硬件能力，為用戶帶來(lái)更加高級(jí)的視覺(jué)體驗(yàn)。

03 氛圍燈系統(tǒng)方案介紹

目前氛圍燈是大多是LIN通訊或者CAN通訊，LIN的方案由于成本低，應(yīng)用的比較多，也是目前市面上的主流方案，LIN系統(tǒng)方案如圖6所示。為了滿足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的需求，在預(yù)算充足的情況下，CAN方案會(huì)是更優(yōu)的方案，不僅帶寬足夠，而且利于OTA的升級(jí)。

圖6 氛圍燈LIN系統(tǒng)方案

LIN由于每一幀報(bào)文只能發(fā)送8個(gè)BYTE（64bit）的內(nèi)容，一般情況下一根氛圍燈的燈帶會(huì)由好多顆LED組成，如果想單獨(dú)控制每一顆LED的顏色和亮度，那么需要的資源分別是：顏色需要24個(gè)bit（RGB每個(gè)需要8個(gè)bit），亮度按照1%的精度來(lái)設(shè)定，需要7個(gè)bit。 所以綜合計(jì)算下來(lái)，每顆LED需要31個(gè)bit，按4個(gè)BYTE來(lái)算，一幀的LIN報(bào)文也就能單獨(dú)控制2顆LED。所以一般LIN方案的氛圍燈的不會(huì)選擇單獨(dú)去控制每一顆LED的顏色和亮度，而是會(huì)充分利用LIN的帶寬去實(shí)現(xiàn)不同的控制效果，只要不是特別復(fù)雜的控制效果，LIN方案的氛圍燈都可以勝任。

如果是CNFD的方案，一幀可以發(fā)送64個(gè)BYTE的報(bào)文，可以單獨(dú)控制16顆的LED，基本上可以滿足大多數(shù)的氛圍燈控制。這樣的硬件能力可以為后續(xù)的氛圍燈拓展出更多的效果，除了貴一點(diǎn)，其他的什么都很好。

當(dāng)汽車的發(fā)展進(jìn)入了智能化的時(shí)代，人們的追求也在普遍提高，車輛不光是要面子上的去，里子也得跟得上步伐，氛圍燈在未來(lái)注定是標(biāo)配項(xiàng)。

編輯：黃飛

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