Eine wie alle Geregelte RGBW-LEDs im Wireless-Netzwerk

Die exakte Lichtfarbe einer LED hängt von vielen Faktoren ab. So ist es nicht trivial, Lichtsysteme zu betreiben, in denen alle LEDs in derselben Farbe leuchten. Eine sensorbasierte Regelung verspricht Abhilfe.

Mit den RGBW-Cubes stellt MAZeT kabellos vernetzte, LED-basierte Lichtboxen vor, deren Farbe, Farbtemperatur und Helligkeit von einem Master in einem Wireless-Netzwerk vorgegeben werden können. Dabei behalten die Lichtboxen die Zielwerte unabhängig von Störgrößen bei. Das Netzwerk verwendet die zu IEEE 802.15.4e konforme drahtlose SmartMesh-Sensortechnologie von Linear Technology auf Basis des IP-Mote-SoC LTC5800 der Marke Dust Networks.

Der RGBW-Cube-Demonstrator verbindet also die Jencolor-Sensortechnik zur LED-Regelung mit einer Wireless-Lösung für die Vernetzung von Sensoren in einem robusten Sensornetzwerk. Diese Lösung kombiniert die Anforderungen an definiertes LED-Licht in Lichtarrangements, das über die gesamte Lebenszeit keine Drifts aufweist, mit den Vorteilen der Wireless-Technik wie einfacher Installation, geringem Wartungsaufwand, flexiblen Einsatzarten und effizienten Erweiterungs- bzw. Nachrüstungsmöglichkeiten. Solche Anwendungen findet man unter anderem in der Bühnentechnik oder im industriellen Umfeld, das klar definierte Anforderungen an die Nachrüstung von herkömmlichen Leuchten mit LED-Technik stellt.

Lichtfarben exakt regeln

Die vernetzten Cubes zeichnen sich dadurch aus, dass für das menschliche Auge keinerlei Farbunterschiede erkennbar sind, wenn alle Cubes mit derselben Farbe angesteuert werden. Auch bei Änderung der Betriebsbedingungen, bei Verwendung unterschiedlicher LED-Typen bzw. LED-Binnings oder bei einer altersbedingten Veränderung der LED über die Lebenszeit kann durch die Ansteuerung erreicht werden, dass die einzelnen Cubes eine ausreichend ähnliche Lichtfarbe abstrahlen. So sind keine Differenzen für das menschliche Auge sichtbar. Dies realisiert eine sensorbasierte Regelung in den Boxen. Jede Box erhält vom Master, zum Beispiel von einem PC oder Industrierechner, via SmartMesh-Netzwerk einen Zielwert. Der Sensor misst den aktuell von der Lichtbox abgestrahlten Farbwert und übermittelt diesen an einen Master, der ihn mit dem Zielwert vergleicht und die neuen LED-Treibersignale berechnet.

Dieser Prozess plus Übertragung im Netzwerk geschieht so schnell, dass er für das Auge nicht feststellbar und völlig flackerfrei ist. So genügt die Eingabe eines Zielwerts für die Cubes und alle adressierten Lichtboxen nehmen sofort die identische Lichtfarbe an oder können – wenn gewünscht – ein Szenario sich verändernder, unterschiedlicher Farben bilden. Durch die sensorbasierte Regelung, die stetig im Hintergrund erfolgt, ist die Farbgleichheit der Boxen untereinander bzw. einer Box über ihre gesamte Lebenszeit garantiert.

Für die konstante Farbgebung sorgt ein True-Color-Sensor der Marke Jencolor, der eine hohe Stabilität ohne Drift über die Lebenszeit bietet. Alle anderen Bestandteile des Systems können einfache Standardkomponenten sein, bei denen kein besonderer Wert auf die Stabilität gelegt werden muss. In der geschlossenen Regelschleife mit Sensor werden alle im Lichtsystem auftretenden Störungen mit Einfluss auf die Farbe und/oder die Helligkeit detektiert (Bild 1).

Dazu gehören Drifts der LEDs und der Treiber, mechanische Toleranzen der Optiken sowie andere Störgrößen. In Summe ergeben alle diese zur spektralen Veränderung des Lichts beitragenden Faktoren den Ist-Wert. Entsprechend den Soll-Werten werden die Treiberwerte der LEDs neu definiert und damit Zielfarbe und Helligkeit mit hoher Genauigkeit nachgestellt. Ist die Elektronik dabei schnell genug, so passiert das flackerfrei und ohne sichtbare Auswirkung auf Farbe, Helligkeit und Frequenz. Mit den Lichtboxen ist es also möglich, zu demonstrieren, wie leistungsfähig eine sensorbasierte LED-Farbregelung sein kann.