Mit digitalem Licht lässt sich eine Lichtquelle individuell in ihrer Helligkeit und Farbgebung steuern. Diese Lichtquellen werden besonders interessant in Applikationen, die es ermöglichen, dynamische Farbeffekte darzustellen. Dazu werden einige zehn bis einige hundert Lichtquellen benötigt. Das Aufmacherbild zeigt eine exemplarische Anwendung dieser Technik und skizziert digitale Lichteffekte in den Seitentüren eines Fahrzeugs.
Um einen möglichst kompakten Aufbau dieser Applikationen zu ermöglichen und dabei auch die Dynamik der Lichteinstellung zu gewährleisten, ist es sinnvoll, diese Lichtquellen entsprechend intelligent und über ein geeignetes Protokoll anzusteuern. Das Protokoll sollte Farbgenauigkeit und Update-Rate auf hohem Niveau bei gleichzeitig effizientem Ressourceneinsatz gewährleisten.
Von RGB zu OSP
Eine Lichtfarbe wird in der Regel aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) gemischt. Abgeleitet aus den typischen Anforderungen an die Farbgenauigkeit im Automobilbereich (u’v‘ < 0,01) ergibt sich eine Anforderung von etwa 16 Bit Auflösung pro Grundfarbe. Daraus resultiert eine Nutzdatenmenge von 3 x 16 Bit pro Lichtquelle.
Die Update-Rate der Lichtquellen sollte jener eines guten Displays entsprechen, d. h. etwa 100 Hz bzw. 10 ms. Das Protokoll sollte außerdem so aufgebaut sein, dass eine Integration in einer Lichtquelle kompakt, d. h. auf kleinstem Bauraum und kostengünstig, erfolgen kann. Ziel war die Integration in eine RGB-LED, also eine LED mit drei Chips in den Grundfarben Rot, Grün und Blau. Unter diesen Gesichtspunkten wurde ein Protokoll definiert, das unter dem Namen Open System Protokoll, kurz OSP, veröffentlicht wurde.
OSP erlaubt die bidirektionale oder ringförmige Ansteuerung einer Kette von Lichtquellen durch einen Mikrocontroller (µC). Abbildung 1 zeigt eine mögliche physikalische Anordnung des µC und der Lichtquellen, die hier allgemein als Nodes bezeichnet werden. Die elektrische Datenübertragung zwischen den Nodes kann über LVDS oder auch über CAN FD (Physical Layer) erfolgen. Die Übertragungsrate beträgt 2,4 MHz, die Daten sind Manchester-codiert.
Das „Open System Protocol“ trägt seinen Namen zu Recht, denn es ist ein offenes Protokoll, das allen Entwicklerinnen und Entwicklern die Möglichkeit bietet, eigene Anwendungen lizenzkostenfrei daraufzusetzen. Eine Normierung des Protokolls wurde gerade initiiert.
OSP ermöglicht außerdem die Erfüllung der oben genannten Anforderungen an Updatefrequenz und Farbgenauigkeit für einen Streifen oder eine Fläche von 200 mit dieser Intelligenz ausgestatteten RGB-LEDs. Damit wären Umsetzungen wie eine Türverkleidung möglich. Es könnten beliebige Muster oder reale Bilder in Echtzeit dargestellt werden. Grundsätzlich erlaubt OSP, bis zu 1.000 Nodes anzusprechen und mit bis zu 64 Nutzdaten pro Telegramm anzusteuern.
Mikrocontroller zur Steuerung von OSP-Netzwerken
Die Umsetzung von OSP wurde bereits vorgenommen und hat zu zwei Bausteinen geführt: einer intelligenten RGB-LED und einem intelligenten Stand-Alone-Treiber. Diese beiden Elemente können in einem OSP-Netzwerk miteinander verbunden werden. In der Regel wird dieses Netzwerk von einem Mikrocontroller oder einem Gateway-Controller gesteuert. Dazu muss dieser ebenfalls das OSP-Protokoll bzw. das OSP-Protocol-Stack implementiert haben. Es gibt bereits eine Vielzahl von Controllern mit diesem OSP-Protokoll-Stack, beispielsweise Controller von Infineon (Traveo T2G, PSoC), und anderen MCU-Herstellern sowie Arduino basierende Boards wie das Rutronik Development Kit RDK4 und mit dem aktuellen Adapter Board RAB5 - OSIRE(siehe Boxentext) für die [AK1] . schnelle und einfache Inbetriebnahme.
Vorschlag Infobox:
Fortschrittliche LED-Lösungen: Mit OSIRE® LEDs von ams OSRAM
Profitieren Sie von der Entwicklung von Anwendungen für Innen- und Umgebungsbeleuchtung sowie Steuerelementen mit RGB mit dem Rutronik Adapter Board RAB5 - OSIRE. Der vielseitige Ansatz der Rutronik System Solutions eröffnet dank der Arduino-Schnittstelle, die die Stapelbarkeit verschiedener Platinen ermöglicht, eine Welt voller weiterer Möglichkeiten.
Das RAB5 enthält als Schlüsselkomponente OSIRE® LEDs von ams OSRAM. Die LEDs sind für dynamische Umgebungsbeleuchtung ausgelegt und bieten einzeln adressierbare Chips für maximale Flexibilität bei der Auswahl von Farben und Treibern. Darüber hinaus ermöglicht die benutzerfreundliche GUI von ams OSRAM eine einfache Programmierung jeder einzelnen LED, was die Benutzerfreundlichkeit und Anpassungsmöglichkeiten verbessert.
Die Kombination des Adapter Baords RAB5 mit dem Base Board RDK4 ist aufgrund des auf dem RDK4 integrierten automotive-qualifizierten Mikrocontrollers besonders effektiv. Genauer gesagt ergänzt der PSOCTM 4100S Max von Infineon mit einem kostengünstigen Arm® Cortex®-M0+ Automobil-Mikrocontroller diese Konfiguration durch nahtlose Integration und fortschrittliche Steuerungsfunktionen.
Mit OSP steht nun ein Protokoll zur Verfügung, das seinen Grundanforderungen entsprechend einem hohen Downstream von Daten von einem Controller zu den angehängten OSP-Nodes ermöglicht. OSP bietet dem Controller aber auch die Möglichkeit, Daten aus dem Netzwerk abzuholen. Dies kann zu Diagnosezwecken erfolgen, grundsätzlich kann der Controller aber auch Daten aus dem Netzwerk lesen. Darüber hinaus legt OSP den Typ der Nodes im Netzwerk nicht fest. Es kennt nur Daten, keine Inhalte. Dadurch können neben den angesprochenen Lichtquellen auch weitere Node-Typen wie Aktuatoren oder Sensoren in ein Netzwerk integriert und über den Controller gesteuert werden. Somit ergibt sich ein Netzwerk, das neben der reinen Lichtdarstellung auch andere Aufgaben und Funktionen übernehmen kann.
Um im OSP-Netzwerk erkannt und angesteuert werden zu können, muss jeder Node OSP integriert haben. Alternativ kann ein nicht OSP-fähiges Gerät über ein kleines Gateway in das OSP-Netzwerk integriert werden. Der bereits erwähnte intelligente Stand-Alone-Treiber bietet unter anderem genau diese Funktion in Form eines OSP-zu-I2C-Gateways. Damit können Aktuatoren und Sensoren über ihre I2C-Schnittstelle in das OSP-Netzwerk integriert werden.
Die Integration weiterer Sensoren und Aktuatoren in eine Lichtapplikation wurde bereits in ersten Prototypen umgesetzt. Alle Funktionen werden über ein und dasselbe OSP-Netzwerk ermöglicht.
Digitales Licht und mehr
Der Begriff „mehr” bezieht sich ausschließlich auf die Funktionalität: OSP erlaubt mehr als nur eine reine Lichtansteuerung und bietet ein erweitertes Anwendungsspektrum. OSP wurde zwar speziell für die Anwendung im Fahrzeug entworfen, kann aber natürlich auch für weitere Anwendungen eingesetzt werden. OSP steht allen offen, um weitere und eigens entwickelte Funktionen darauf aufzusetzen. OSP kann somit von allen Entwicklerinnen und Entwicklern genutzt und auch erweitert werden. Um diese Offenheit zu unterstreichen, hat ams OSRAM ein OSP-Software-Paket für Arduino entwickelt und auf GitHub bereitgestellt. Die dort zur Verfügung gestellte Software ist frei verfügbar.
Weitere Informationen und eine direkte Bestellmöglichkeit finden Sie auch auf unserer e-Commerce-Plattform www.rutronik24.com.
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