LED照明調(diào)光裝置設(shè)計與實現(xiàn)*

王蔚 賈文超

(長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，長春 130012)

引言

隨著發(fā)光二極管技術(shù)的發(fā)展，LED照明由于其長壽命，低功耗及色彩可控等方面的優(yōu)勢，使其在景觀照明、牌匾照明以及大屏幕顯示器等方面顯示出越來越廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?，本文介紹一種LED照明驅(qū)動裝置，能夠方便地控制LED的光強(qiáng)和色彩，可通過編程對多個LED圖案進(jìn)行控制，并且本系統(tǒng)可通過串行口與計算機(jī)進(jìn)行通信，顯示上位機(jī)所傳送的信息。

1 LED調(diào)光原理

目前實現(xiàn)LED照明有三種主流技術(shù)路線，(1)基于三基色原理，利用紅、綠、藍(lán)三基色LED合成白光，(2)利用紫外LED激發(fā)三基色熒光粉，由熒光粉發(fā)出的合成白光，(3)采用藍(lán)光LED激發(fā)黃光熒光粉實現(xiàn)二元混色白光。相比之下，采用三基色LED混合白光，不僅可實現(xiàn)理想的白光光譜，而且光源顏色可調(diào)，使其不但可適應(yīng)對白光的顏色要求比較高的照明場合，并且可通過一定的自動控制驅(qū)動電路可適應(yīng)于各種顏色及亮度不斷變化且要求精度較高的場合。其實現(xiàn)原理如圖1:

圖1 三基色實現(xiàn)合成彩色光原理圖

通過控制電路對三基色發(fā)光LED的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其通過透鏡后的合成光的顏色和亮度均將可調(diào)。

圖2 調(diào)光裝置總體方案框圖

2 調(diào)光裝置總體方案

如圖2中，87LPC762單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)到三路D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，經(jīng)功率放大電路分別控制紅、綠、藍(lán)三色LED發(fā)光的強(qiáng)度，從而控制LED發(fā)光的顏色以及亮度，對于多個LED采用動態(tài)掃描的方式，由單片機(jī)控制兩個輸出端子以CLK為基準(zhǔn)輸出串行信號，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換器件控制處于開關(guān)工作的三極管分別對三基色LED進(jìn)行點亮，完成對圖形圖案的控制。最后，此系統(tǒng)即可完成調(diào)光所需的各項功能。串行通訊接口采用RS232標(biāo)準(zhǔn)總線與計算機(jī)連接，可將計算機(jī)中需要顯示的圖案或文字傳送到本系統(tǒng)并顯示出來。

3 光顏色調(diào)整的實現(xiàn)

圖3中AD558是D/A轉(zhuǎn)換芯片，能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。單片機(jī)通過P0口與AD558的DB0－DB7連接，進(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳輸，以此控制AD558輸出電壓的高低，輸出電壓通過功率放大控制LED單色發(fā)光的強(qiáng)度。由于AD558是8位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，因此通過三路D/A分別控制三基色時，其可將三基色中的紅、綠、藍(lán)分別分為28=256份輸出，若將三基色任意組合即可最大形成2563=16777216顏色和亮度的組合分辨率，通過軟件數(shù)據(jù)的設(shè)定可根據(jù)實際需要設(shè)置最大限度內(nèi)任意所需要的分辨率值。

圖3 光顏色調(diào)整模擬量輸出原理圖

4 多點LED分別點亮掃描的實現(xiàn)

由單片機(jī)P1口三個管腳分別輸出信號，74LS164將串行信號變?yōu)椴⑿行盘?，其輸出端Q0—Q7分別與紅綠藍(lán)三基色LED公共端連接，在時鐘CLK1的控制下可依次輸出高電平。此電路為串行數(shù)據(jù)控制并行口，因此可任意擴(kuò)展。

圖4 多點LED分別點亮掃描實現(xiàn)原理圖

5 調(diào)光裝置與計算機(jī)系統(tǒng)的通信

如圖5所示，調(diào)光裝置和計算機(jī)系統(tǒng)之間采用RS－232串行通信標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定了發(fā)送端驅(qū)動器與接收端接收器的電平關(guān)系、負(fù)載要求、信號速率與連接要求等，MAX232主要用來完成TTL電平和RS－232之間電平的轉(zhuǎn)換。

圖5 調(diào)光裝置與計算機(jī)系統(tǒng)的通信接口圖

6 結(jié)論

設(shè)計并制作了一套LED調(diào)光裝置，采用單片機(jī)通過三路DA轉(zhuǎn)換輸出分別控制LED紅、綠、藍(lán)三基色輸出，實現(xiàn)對半導(dǎo)體照明色彩和亮度寬范圍、高精度的調(diào)節(jié)，同時通過串并轉(zhuǎn)換掃描方式使一套系統(tǒng)可對多個LED分別控制，實現(xiàn)其在高精度控光和控色的基礎(chǔ)上可組成任意的靜、動態(tài)圖案或畫面。通過對實際制作實驗?zāi)Ｐ?28×64LED組成的矩陣進(jìn)行圖案和色彩、亮度進(jìn)行8小時測試，表明LED中心光強(qiáng)穩(wěn)定在280 lx(lx:勒克斯)，隨著LED溫度的升高中心光強(qiáng)衰減低于3%，達(dá)到了預(yù)期的控制要求水平。

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