基于Proteus壓控變色彩燈控制電路設(shè)計

熊建平

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東深圳518055）

《模擬電子技術(shù)》是高職電子類、機械類等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)完該課程之后，應(yīng)達到掌握對整個課程系統(tǒng)的分析和理解的目的。但是，學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中所做實訓(xùn)都是一個個相對獨立簡單的小實訓(xùn)，對集合多個小實訓(xùn)的綜合實訓(xùn)項目缺乏實踐性，所以往往對整個課程缺乏系統(tǒng)理解。因此，開發(fā)一個可讀性強，貼近實際生活，又不太復(fù)雜的電路系統(tǒng)是亟待解決的事情?；赑roteus壓控變色彩燈控制電路即是基于此開發(fā)出來的。

當今文娛活動場所通常都有一個變光、變色、閃爍的光源，使活動場所帶來色彩斑斕、變幻迷離的感覺，增加活動場所的活躍氣氛，本設(shè)計即是利用電路來模擬此種效果。根據(jù)三基色混色原理，將紅、綠、藍3個基色調(diào)和，可以得到紅、綠、藍、紫、青、黃、白、黑等多種顏色，若將紅、綠、藍3個燈泡置于一個透光的燈罩中，可使燈罩發(fā)出具有紅、綠、藍、紫、青、黃、白、黑等多種變化的顏色，從而達到變光變色并閃爍的效果。

1 開發(fā)思路

日常生活中所使用的市電是220 V，50 Hz的交流電，但整個電路中需要用直流電來供電，首先應(yīng)將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，作為供電電源。由于設(shè)計該電路系統(tǒng)將利用電壓比較器的比較輸出信號去觸發(fā)晶閘管，需產(chǎn)生一個基準電壓，而基準電壓產(chǎn)生由555定時器完成，可以得到一個近似鋸齒波波形，此波形經(jīng)過LM324放大，再輸入運放的同相端做基準信號，3個運放的輸出經(jīng)三極管隔離后去觸發(fā)晶閘管，使其驅(qū)動燈泡發(fā)亮，其工作過程如框圖1所示。

圖1 壓控變色彩燈結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram of the voltage-controlled color changing lamp

2 電路實現(xiàn)

1）直流穩(wěn)壓電源電路

由于整個電路由+12 V的直流電源供電，采用單相全波整流、電容濾波電路[1]。變壓器二次側(cè)電壓的有效值為V2=12/1.2=10 V，整流二極管耐壓值故電源變壓器采用5 W，220 V/10 V具有中心抽頭的變壓器，整流二極管選取50 V，1 A的1N4001，濾波電容則采取25 V，1 000 μF的電解電容。

2）基準電壓產(chǎn)生電路

基準比較電壓信號由555定時器產(chǎn)生，555定時器外接電阻電容元件構(gòu)成多諧振蕩器[2]，其電容器兩端將產(chǎn)生鋸齒波信號，將此信號進行電壓放大，作為比較器的基準電壓信號。

3）電壓比較器電路

電壓比較器是一種將輸入電壓與另一電壓信號（基準電壓）進行比較的電路，輸入的是連續(xù)模擬信號，輸出的是以高、低電平為特征的數(shù)字信號[3]。電壓比較器采用LM324四運放芯片，LM324具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種電路中。

電路的最終設(shè)計如圖2所示。

圖2 壓控變色彩燈電路Fig.2 The design of the voltage-controlled color changing lamp

在圖2所示電路中，由555構(gòu)成多諧振蕩器，電容C2上得到近似鋸齒波的電壓，此電壓經(jīng)LM324中的其中一運放IC4放大，加給其他3個電壓比較器IC1、IC2、IC3的同相輸入端，3個電壓比較器輸出經(jīng)三極管V1～V3隔離后去觸發(fā)晶閘管VS1～VS3，從而驅(qū)動3個燈泡H1～H3發(fā)亮。而3個電壓比較器的反相輸入端的電壓各不相同，其中：

其中uR、uG、uB為3個電壓比較器的輸出值。

由此可知，3個電壓比較器反相輸入端的電壓各個不相同，而它們的同相輸入端是同一個經(jīng)運放放大的近似鋸齒波電壓uc（也可以選擇三角波、梯形波或不規(guī)則的電壓波形），所以IC1、IC2、IC3的導(dǎo)通時機和導(dǎo)通時間的長短各不相同，它們通過三極管V1～V3去觸發(fā)晶閘管VS1～VS3，使VS1～VS3的導(dǎo)通時機和導(dǎo)通時間的長短也各不相同，從而使得燈泡紅、綠、藍的導(dǎo)通時機和導(dǎo)通時間的長短也各不相同，產(chǎn)生燈光混色的效果。

若uc是理想的鋸齒波，則uc、uG、uR、uB的波形及uG、uR、uB組合而得到的彩色變化情況如圖3所示[4-5]。

其中3個燈泡都不亮，即uG=uR=uB=0為黑；uG=uR=0，uB=1為藍；uG=uB=0，uR=1為紅；uR=uB=0，uG=1為綠，它們的不同組合可得到紫、青、黃、白、黑等彩色，從而實現(xiàn)壓控變色彩燈的效果。

圖3 壓控變色彩燈工作波形Fig.3 The waveform of the voltage-controlled color changing lamp

圖2中的A點的波形為近似的鋸齒波，先進行放大后作為3個電壓比較器的比較電壓。當然此鋸齒波可以更換為其他類型的波形，比如音樂信號或光控信號，如圖4和圖5所示。

圖4 音樂信號輸入Fig.4 The music signal input

若將圖4所示的音樂信號接入到圖2中的A點，則燈光亮度及顏色會隨音樂變化而變化。

同理，若將圖5所示的光敏信號接入，則燈光亮度及顏色會隨光源的強度變化而改變。

圖5 光敏信號輸入Fig.5 The photosensitive signal input

3 電路仿真

利用電路仿真軟件Proteus對圖2電路進行仿真調(diào)試[6]，電路仿真如圖6所示。

仿真結(jié)果顯示，燈H1～H3均可點亮，利用晶閘管控制燈導(dǎo)通時機及導(dǎo)通時間，并將3個燈泡放于反光罩中，即可實現(xiàn)變光、變色及閃爍的效果。

圖6 基于Proteus壓控變色彩燈仿真Fig.6 The circuit simulation of the voltage-controlled color changing lamp with Proteus

4 結(jié)論

本文以555和LM324芯片為核心，詳細闡述了壓控變色彩燈地開發(fā)過程，包括直流穩(wěn)壓電源設(shè)計、基準信號產(chǎn)生電路設(shè)計以及電壓放大比較電路設(shè)計，最后利用Proteus軟件進行仿真調(diào)試，實現(xiàn)了壓控變色彩燈的顯示效果。該彩燈具有設(shè)計簡單、貼近實際生活、所用元器件均為常用器件等特點，可作為電子類相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)完《模擬電子技術(shù)》課程后進行課程設(shè)計的一個典型作品，也可作為相關(guān)行業(yè)所需彩燈設(shè)計的參考作品。

[1] 李源生.電路與模擬電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[2] 秦曾煌.電工學(xué)[M].6版.北京:高等教育出版社，2003.

[3] 陳梓城.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2002.

[4] 劉守義.數(shù)字電子技術(shù)[M].2版.陜西:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[5] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京:高等教育出版社，2005.

[6] 王瑞萍.基于Proteus的單片機虛擬開發(fā)環(huán)境[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（8）:155-157.WANG Rui-ping.Virtual environment of single chip computer development system based on proteus[J].Modern Electronics Technique，2009，32（8）:155-157.