摘要：針對(duì)傳統(tǒng)照明光源不能調(diào)色或調(diào)光深度不足的現(xiàn)象，選用功率為1 W的三基色發(fā)光二極管（RGB LED）為燈體，基于無線遙控和智能控制技術(shù)，通過PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了LED燈白光的亮度調(diào)節(jié)、魔幻變色的自由切換及單色光輸出的功能。系統(tǒng)由電源電路、一體化紅外遙控接收頭、CPU和三路LED驅(qū)動(dòng)組成。采用低成本的STC15W201SOP8單片機(jī)作為主控器件，用定時(shí)器作為三路的PWM發(fā)生器，驅(qū)動(dòng)低開啟電壓的NMOS管以實(shí)現(xiàn)調(diào)光與調(diào)色。通過程序的巧妙設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在0~360°過渡時(shí)無明顯顏色跳變的現(xiàn)象。該可調(diào)光調(diào)色LED燈經(jīng)長時(shí)間使用,調(diào)光調(diào)色效果理想且穩(wěn)定可靠，可供該產(chǎn)品設(shè)計(jì)以參考。

　　關(guān)鍵詞：無線遙控;PWM;RBG LED燈;調(diào)光調(diào)色

0引言

　　發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）是一種新型的固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光器件，可以直接將電能轉(zhuǎn)化為光能。與其他光源相比，除了眾所周知的節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)外， LED還具有體積小、重量輕、色彩豐富、亮度高、壽命長、抗震、光可控、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。LED最初用做儀器儀表的指示光源，后來在交通信號(hào)燈、汽車尾燈、景觀燈、背光源及半導(dǎo)體照明等方面獲得了廣泛應(yīng)用，并顯示出了其強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Γ蔀榻陙硌芯康臒狳c(diǎn)［12］。

　　傳統(tǒng)的光源，如白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈、高壓鈉燈、鹵素?zé)舻却嬖谥缦氯秉c(diǎn)：（1）不能調(diào)光或可調(diào)光深度不夠；（2）不能調(diào)色，因只有單色光。針對(duì)上述情況，本文采用無線遙控和智能控制技術(shù)對(duì)LED發(fā)光體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)三色LED燈任意調(diào)色功能（含單色調(diào)色、雙色調(diào)色和三色調(diào)色）和單色白光LED燈的任意調(diào)光功能。

1硬件電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)由電源電路、紅外一體化遙控接收頭、CPU和三路LED驅(qū)動(dòng)組成，硬件的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。其中電源采用可調(diào)（9.6 V左右）設(shè)計(jì)，主要考慮高亮LED實(shí)際工作電壓為3 V左右，因此電源為9 V左右，可以給3顆LED燈珠串聯(lián)供電。硬件的具體電路如圖2所示，包括以下4部分電路。

　?。?）紅外接收電路設(shè)計(jì)

　　IC1為紅外一體化接收頭，接收頭內(nèi)置紅外信號(hào)放大、整形與解碼，輸出信號(hào)為調(diào)制編碼，硬件電路如圖2所示；實(shí)物圖如圖3所示，對(duì)應(yīng)圖2中的IC1。

　?。?）CPU電路設(shè)計(jì)

　　考慮系統(tǒng)成本，CPU采用STC15W201SOP8，該芯片為TI單片機(jī)，比普通51系列單片機(jī)快7~12倍，芯片內(nèi)置復(fù)位和高精度震蕩器（常溫下溫漂0.6%），成本1元左右，8個(gè)引腳分別為：電源Vcc、Gnd、P3.0~P3.3、P5.4和P5.5，管腳如圖4所示?！?/p>

　　在本系統(tǒng)中，選擇P3.2（外部中斷0）作為紅外信號(hào)輸入，以有效提高紅外信號(hào)的捕捉性能，P3.0、P3.1、P3.3作為三路LED輸出控制。

　?。?）LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　LED驅(qū)動(dòng)電路采用N溝MOS管2300，該MOS管DS耐壓為20 V，ID為6 A，采用SOT23封裝，其柵極驅(qū)動(dòng)電壓低（2.5 V時(shí)就能可靠驅(qū)動(dòng)），特別適合于單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。

　　圖2中R4、R5、R6為紅、綠、藍(lán)三路燈珠的限流電阻，當(dāng)紅、綠、藍(lán)三路控制電路全部導(dǎo)通時(shí)，為保證發(fā)純白色，電阻R4、R5、R6功率選擇1 W。

　?。?）電源電路設(shè)計(jì)

　　這里的電源設(shè)計(jì)成9.6 V電壓，以同時(shí)滿足紅、綠、藍(lán)三路LED的供電需要，選用LM2575ADJ器件作為核心，該芯片為DCDC轉(zhuǎn)換器件，具有效率高（達(dá)到85%以上），輸入耐壓高（可以達(dá)到40 V），電壓適應(yīng)范圍寬（11.5 V~40 V輸入）的特點(diǎn)，圖2中ZD為肖特基二極管，W為可調(diào)電位器，用于調(diào)節(jié)VCC。

2軟件設(shè)計(jì)

　?。?）紅外信號(hào)接收中斷流程圖

　　本系統(tǒng)的紅外遙控器是市面上較為通用的遙控器，其發(fā)射芯片是杭州士蘭微電子股份有限公司生產(chǎn)的SC6122芯片，該芯片采用低壓CMOS工藝，低電壓工作范圍（2.0 V~5.5 V）。紅外信號(hào)采用P3.2（INT0）中斷接收,其中斷函數(shù)流程如圖5和圖6所示。

　　（2）PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)光原理

　　本系統(tǒng)采用PWM脈寬調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)光，實(shí)現(xiàn)LED的變色，此方法廣泛應(yīng)用在直流調(diào)速、調(diào)光系統(tǒng)中［34］。

　　由于系統(tǒng)選用的芯片STC15W201S本身不帶PWM，因此利用定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。

　　其基本思路是，定時(shí)器定時(shí)t0=0.2 ms，用兩個(gè)單元分別代表低電平時(shí)間參數(shù)N1和高電平時(shí)間參數(shù)N2，其中N1+N2=100，低電平時(shí)間t1=N1*t0，高電平持續(xù)時(shí)間為t2=N2*t0，周期為T=t1+t2=20 ms。那么N1、N2內(nèi)數(shù)據(jù)就決定了占空比，即占空比=N2/(N1+N2)，PWM波形如圖7所示［6］。

　　（3）PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)色原理

　　本系統(tǒng)涉及三路LED控制，因此需要3組上述N1和N2，能同時(shí)改變?nèi)稬ED燈的亮度，利用光的三基色合成原理，改變?nèi)庵谢膹?qiáng)度，這樣就可以產(chǎn)生無限種紅、綠、藍(lán)的組合，就可以改變LED燈顏色的改變，從而做到0~360°自然過渡。

　?。?）PWM程序流程圖

　　圖8是產(chǎn)生其中一路PWM的定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0的0.2 ms中斷服務(wù)程序流程圖。

3功能實(shí)現(xiàn)方法及測(cè)試結(jié)果

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了12個(gè)按鍵，通過PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)開燈、無極調(diào)色、停止變色、白光無極調(diào)光、紅光、綠光、藍(lán)光、黃光、紫光、青光、白光、關(guān)燈12種功能。

　　實(shí)現(xiàn)無極調(diào)色的方法是：給定三組不同的N1、N2后，讓其自動(dòng)循環(huán)變化。

　　實(shí)現(xiàn)停止變色的方法是：控制PWM程序，三組N1、N2不再改變。

　　實(shí)現(xiàn)白光的方法是：讓紅、綠、藍(lán)三組燈PWM波輸出100%占空比波形，且保持不變,當(dāng)然白光的效果還取決于電路中R4、R5、R6的參數(shù)，需要事先調(diào)整好。

　　實(shí)現(xiàn)紅光的方法是：紅光PWM波占空比為100%，其余2種則輸出低電平。藍(lán)光和綠光的方法同紅光。

　　實(shí)現(xiàn)黃光的方法是：紅光和綠光的PWM波占空比為100%，藍(lán)光則輸出低電平。紫光和青光的實(shí)現(xiàn)方法同黃光。

　　另外，要實(shí)現(xiàn)其他各種顏色，可將紅、綠、藍(lán)三種顏色按比例混合輸出，就可實(shí)現(xiàn)多彩的顏色。經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的無線遙控LED調(diào)光調(diào)色燈實(shí)現(xiàn)了上述的12種功能。

　　圖9為LED調(diào)光調(diào)色燈 (選了5種顏色)和遙控器實(shí)物。

4結(jié)論

　　本系統(tǒng)以3顆1 W的RGB LED為燈體，采用無線遙控和智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了LED燈白光的亮度調(diào)節(jié)、魔幻變色的自由切換及單色光輸出的功能。本系統(tǒng)采用低成本的STC15W201SOP8單片機(jī)作為主控器件，采用PWM控制技術(shù)，以巧妙的軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了調(diào)光與無跳變調(diào)色功能。經(jīng)測(cè)試和長時(shí)間使用，該LED調(diào)光調(diào)色燈效果理想，性能穩(wěn)定可靠，可供該產(chǎn)品設(shè)計(jì)以參考。

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