汽车电子氛围灯呼吸效果控制原理

在当今汽车行业疯狂内卷的时代，各车企均把大量精力花费在那些用户可以第一时间感知到的功能上。对于一辆车俩说，外观是用户对其第一印象，由于大量国外知名设计师的加盟以及本土设计师的成长，国内的车辆造型设计可以说是突飞猛进，结合国内造车工艺水平的整体提高，大部分车企的车辆外观及质感有了质的提升，基本摆脱了前些年的廉价感。

正所谓各花入各眼，当用户第一眼被该车的造型吸引之后，要想用户掏腰包买下这辆车，车辆内部座舱的设计就变得及其重要。如果将车辆造型比作人外在的皮囊，那么座舱就像一个人内在的灵魂。有趣的灵魂可以从千篇一律的皮囊中脱颖而出。

座舱除了已经熟知的沙发、彩电、大冰箱外，还有一些不那么容易引起注意的设计，比如今天的主角---氛围灯。

氛围灯出现其实已经有好多年，从最开始的单色氛围灯，到64色、128氛围灯，再到现在的256色氛围灯，氛围灯的功能变得越来越强大。

01 RGB简介

RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是运用最广的颜色系统之一，如图2所示。

图2 RGB原理

在电脑中，RGB的所谓“多少”就是指亮度，并使用整数来表示。通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字表示为从0、1、2...直到255。按照计算，256级的RGB色彩总共能组合出约1678万种色彩，即256×256×256=16777216，通常也被简称为1600万色或千万色，或称为24位色(2的24次方)。

RGB是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却等于三者亮度之总和，越混合亮度越高，即加法混合。红、绿、蓝三盏灯的叠加情况，中心三色最亮的叠加区为白色，加法混合的特点：越叠加越明亮。

02 氛围灯控制原理

氛围灯其实是由一颗颗小小的LED组合而成，最开始的单色氛围灯就比较简单，就普通的LED就可以实现，后面的多色氛围灯采用的是RGB灯珠，氛围灯通过控制RGB的比例来组合而成不同的颜色。

用户通过设定不同的RGB 来生成不同的颜色，再设定氛围灯的亮度，对应的RGB和亮度值输入给LED驱动芯片，驱动芯片解析完之后控制RGB LED灯珠的PWM占空比，从而实现氛围灯颜色和亮度的控制。

RGB LED的亮度和颜色控制本质上是控制每一路RGB驱动的PWM占空比，从而控制LED的电流，以达到调节LED的颜色和亮度，PWM的频率需要大于人眼能识别的频率，不然会使得灯出现闪烁的现象，氛围灯控制原理如图3所示。

图3 氛围灯控制原理

一、氛围灯呼吸效果控制

我们想控制灯实现呼吸的效果：呼吸频率是1s，亮度周期是最亮→30%亮度。那只要把PWM在1s的时间内均匀的由100%递减到30%，再由30%均匀的递增到100%就可以，其中呼吸频率和亮度周期都是可以根据体验的需求进行设定，控制原理如图4所示。

图4 氛围灯呼吸效果控制原理

二、氛围灯颜色控制

我们设定了一个颜色A，对应的RGB分别数值为（X1,Y1,Z1）,经过RGB LED驱动芯片的查表转换，每个RGB驱动PIN脚的PWM占空比将会是（A,B,C），控制原理如图5所示。

图5 氛围灯颜色控制原理

三、氛围灯音乐律动控制

音乐的本质是不同频率的声音随着时间的流动，所以乐谱主要记录的是频率随时间的变化关系。通过对音乐中乐谱音符的抽取，从而转化成不同的频率，一般把所有的音符转化成高、中、低三种不同的频率，因为每个音符持续的时间不一样，根据不同的频率和持续的时间，可以使氛围灯呈现出不同的变化节奏，音符频率对照表如表1所示。

表1 音符频率对照表

比如音乐频率低的时候，氛围灯的亮度可以设定为E，频率中等时为F，频率为高时设定为G；亦或者音乐的频率低的时候，氛围灯的颜色可以设定为H，频率中等时为I，频率为高时设定为J；或者两者进行不同的音乐频率，氛围灯不仅仅只是改变颜色，亮度同时也跟着改变，这些都是可以根据最终的体验进行设定。

以上仅仅是笔者的抛砖引玉，这方面的设计理应可以更加完美。氛围灯作为座舱的气氛担当，甚至可以根据车主的心情变幻出不同的颜色。

上面提到的仅仅是对氛围灯整体控制的描述，目前的氛围灯灯带不仅仅只有一颗LED灯珠，少的5、6颗，多则20、30颗。这意味着氛围灯可以搭配出更加梦幻的组合，每一颗LED都可以实现不同的颜色和亮度的控制，设计师们应该充分利用这些软硬件能力，为用户带来更加高级的视觉体验。

03 氛围灯系统方案介绍

目前氛围灯是大多是LIN通讯或者CAN通讯，LIN的方案由于成本低，应用的比较多，也是目前市面上的主流方案，LIN系统方案如图6所示。为了满足消费者日益增长的需求，在预算充足的情况下，CAN方案会是更优的方案，不仅带宽足够，而且利于OTA的升级。

图6 氛围灯LIN系统方案

LIN由于每一帧报文只能发送8个BYTE（64bit）的内容，一般情况下一根氛围灯的灯带会由好多颗LED组成，如果想单独控制每一颗LED的颜色和亮度，那么需要的资源分别是：颜色需要24个bit（RGB每个需要8个bit），亮度按照1%的精度来设定，需要7个bit。 所以综合计算下来，每颗LED需要31个bit，按4个BYTE来算，一帧的LIN报文也就能单独控制2颗LED。所以一般LIN方案的氛围灯的不会选择单独去控制每一颗LED的颜色和亮度，而是会充分利用LIN的带宽去实现不同的控制效果，只要不是特别复杂的控制效果，LIN方案的氛围灯都可以胜任。

如果是CNFD的方案，一帧可以发送64个BYTE的报文，可以单独控制16颗的LED，基本上可以满足大多数的氛围灯控制。这样的硬件能力可以为后续的氛围灯拓展出更多的效果，除了贵一点，其他的什么都很好。

当汽车的发展进入了智能化的时代，人们的追求也在普遍提高，车辆不光是要面子上的去，里子也得跟得上步伐，氛围灯在未来注定是标配项。

编辑：黄飞