多用途彩灯控制电路的设计毕业设计.docx
- 文档编号:16450826
- 上传时间:2023-07-13
- 格式:DOCX
- 页数:50
- 大小:634.27KB
多用途彩灯控制电路的设计毕业设计.docx
《多用途彩灯控制电路的设计毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多用途彩灯控制电路的设计毕业设计.docx(50页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
多用途彩灯控制电路的设计毕业设计
多用途彩灯控制电路的设计
指导老师:
黄晓放
邵金进
摘要
照明可以改变环境的外观,艺术性的照明灯光和色彩,构成动态和静态的光、声、色的景观,更显示出景观庭园灯具的小品化、雕塑化、时装化,给大自然环境的点缀。
快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性,这是许多传统光源所不可能实现的。
LED已越来越多地应用到信号和标识照明,道路上的交通信号灯,建筑物中的诱导灯和勾勒轮廓的立面照明,城市广场、园林、步行街道的庭园灯光多色彩的照明,都是采用超高亮度的LED后生产出来的,其优异的节能特点和极长的使用寿命,被灯光设计LED的模块化,为照明设计带来了便利,通过设计者充分合理的布局,使LED处于良好的工作状态。
整个电路设计分成四部分进行连接,分别是开关控制部分(即无线遥控收发器电路与接地开关组成),主控制器(包括显示电路),整流电路,信号驱动电路。
在本文中控制电路主要采用有线控制与无线遥控的串联结构完成。
在彩灯控制器方面选择的是8路彩灯控制器专用集成电路。
在设计上将无线控制机制与有线控制方式进行了一个有效的联合作用,使得彩灯控制器的控制方式和花样变化多样化,并简化了控制电路的连接线路。
在无线遥控器方面使用了单键复用的功能,同时它保留了传统的开关控制习惯,从而达到控制方式的多样化。
由于时间和能力的问题,本次多用途彩灯控制电路的设计过程中,本人的工作也存在不少不足之处,需要在以后的工作中进行相应的改进。
关键词:
LED控制器集成电路复位编码器
Abstract
Theilluminationmaychangetheenvironment’sappearance,theartisticilluminationlightandthecolor,formthedynamicandthestaticlight,thesound,thecolorlandscape,demonstratesthelandscapegardenlampsandlanternsthesketch,thesculpture,thefashionableclothing,givenaturesomeembellishment.thefastdevelopedLEDtechnologywillappliesfortheilluminationandbringsthebrand-newpossibility,thisisimpossibletorealizebymanytraditionalphotosources.LEDaremoreandmoreusedeverywhere,itsoutstandconservationalcharacteristicandtheextremelylongservicelife,andtheLEDmodulation,hasbroughtgreatconveniencefortheilluminationdesign,bythefullreasonablelayout,designercancauseLEDtobeatagoodstatus.
Theentirecircuitdesignaredividedintofourparts,respectivelyistheswitchcontrolsection(wirelessremotecontrolelectriccircuitandswitch),mastercontrol(includingdisplaycircuit),levellingcircuit,signalactuationelectriccircuit.
Thisarticleaboutcontrolcircuitmainlyusesthewiredcontrolandthewirelessremotecontrolparallelstructure.Thechooseinthecoloredlanterncontrolleraspectisa8-groupscoloredlanternscontrollersofspecial-purposeintegratedcircuit.Designingthewirelesscontrolmachine-madeandthewiredcontrolmodeonaneffectivejointaction,itmakesthecontrolmodeandthepatternchangediversified,andsimplifiesthecontrolcircuitline.Usingthefunctioninthewirelessremotecontrolaspectwhichusesthesinglebondduplicate,simultaneouslyitretainedthetraditionalswitchcontrolcustom,thusachievesthediversificationofthecontrolmode.Asaresultofthetimeandability,inthismultipurposecoloredlanterncontrolcircuitdesignprocess,myworkalsohasmanydeficiency,whichwillneedtobemadethecorrespondingimprovementinthelaterwork.
Keywords:
LEDControllerIntegratedcircuitResetEncoder
1绪论
在现代都市中,大功率气体放电灯、泛光照明、霓虹灯、灯箱广告等光源所产生的光污染,已经对人类、自然环境以及天文观察造成严重危害。
21世纪,解决光污染,是照明技术急待突破的课题,LED应运而生,前途无量。
过去10年来,LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。
LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。
LED寿命长达10万小时,意味着每天工作八小时,可以有35年免维护的理论保障。
低压运行,几乎可达到100%的光输出,调光时低到零输出,可以组合出成千上万种光色,而发光面积可以很小,能制作成1平方毫米。
经过二次光学设计,照明灯具达到理想的光强分布。
快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性,这是许多传统光源所不可能实现的。
1)照明与LED光源
科学需要分析和理解,照明需要鉴赏和品味,艺术则需要深层的直觉感悟。
照明艺术必须透过光和照明,才能产生生命力。
照明可以改变环境的外观,艺术性的照明灯光和色彩,构成动态和静态的光、声、色的景观,更显示出景观庭园灯具的小品化、雕塑化、时装化,给大自然环境的点缀。
随着人们思想意识,生活方式的不断改变,灯具、光源、材料、风格与设计方式都发生很大的变化。
在选择适宜光源,除了经济因素外还要从整个光环境效果及材料的质感可靠性考虑,还注重自然环境与照明统一性。
照明应用LED光源就摆脱传统照明的思路设计。
2)LED的光环境
为了提高可视性和观赏性。
LED已越来越多地应用到信号和标识照明,道路上的交通信号灯,建筑物中的诱导灯和勾勒轮廓的立面照明,城市广场、园林、步行街道的庭园灯光多色彩的照明,都是采用超高亮度的LED后生产出来的,其优异的节能特点和极长的使用寿命,被灯光设计师和业主们青睐。
3)LED光源的特点
a发光均匀性好,发射光角在100度,发光率在40~50Lm/W。
b光源平均寿命≥10万小时,不出现严重的光衰现象,发光衰减量≤10%,能耗≤24W。
c发光波长应一致,光色RGB的发光强度应能连续变化。
d可按照环境整体要求进行编程控制,产生整体的艺术景观效果。
eLED魅力四射,优点多多。
除了寿命长、耗能低之外,LED更大的长处有三点:
一是应用非常灵活,可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品;二是环保效益更佳,由于光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,属于典型的绿色照明光源,而且废弃物可回收,没有污染;三是控制极为方便,只要调整电流,就可以随意调光,不同光色的组合变化多端,利用时序控制电路,更能达到丰富多彩的动态变化效果。
4)色调
LED发光二极管有着柔和的光色,在广场和园林照明有较强的艺术效果,它不仅为人提供舒适的视觉条件,更需要通过各类光色的协调,体现景观照明风格,增加艺术美感,达到灯设计意图所刻意创造的空间景观,满足人的视觉需求、审美需求、心理需求。
由于夜景在庭园灯光小品上反映的颜色对人所产生的视觉感受,表现出不同的色调、艺术欣赏、文化层次。
红色是暖色调,使人感受到热情、温暖、热烈;黄色属偏暖色调,给人高贵、光明、欢快的感受;绿色是森林的主调,它使人想到青山绿水、春光明媚;蓝色是一种极其冷静的色彩,使人联想到碧蓝的海洋;白色是冷色调,它给人以优雅、纯真、平和的感受。
5)LED在照明工程中的应用
a景观照明
对建筑物某个区域进行投射,无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具,这与传统的投光灯具概念完全一致。
但是,由于LED光源小而薄,线性投射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点,因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。
它的安装便捷,可以水准也可以垂直方向安装,与建筑物表面更好地结合,为照明设计师带来了新的照明语汇,拓展了创作空间,对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。
由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳,它可以与城市街道家具很好的有机结合。
可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。
对于花卉或低矮的灌木,可以使用LED作为光源进行照明。
LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。
固定端可以设计为插拔式,依据植物生长的高度,方便进行调节。
b标识与指示性照明
需要进行空间限定和引导的场所,如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明,可以使用表面亮度适当的LED自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具,如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯,以及购物中心内楼层的引导灯等。
另外,LED与霓虹灯相比,由于是低压,没有易碎的玻璃,不会因为制作中弯曲而增加费用,值得在标识设计中推广使用。
c室内空间展示照明
就照明品质来说,由于LED光源没有热量、紫外与红外辐射,对展品或商品不会产生损害,与传统光源比较,灯具不需要附加滤光装置,照明系统简单,费用低廉,易于安装。
其精确的布光,可作为博物馆光纤照明的替代品。
商业照明大都会使用彩色的LED,室内装饰性的白光LED结合室内装修为室内提供辅助性照明,暗藏光带可以使用LED,对于低矮的空间特别有利。
d娱乐场所及舞台照明
由于LED的动态、数字化控制色彩、亮度和调光,活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。
从白光到全光谱中的任意颜色,LED的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。
长寿命、高流明的维持值(10,000小时后仍然维持90%的光通),与PAR灯和金卤灯的50~250小时的寿命相比,降低了维护费用和更换光源的频率。
另外,LED克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。
与PAR灯相比,没有热辐射,可以使空间变得更加舒适。
目前LED彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。
e视频屏幕
全彩色LED显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置,采用先进的数字化视频处理技术,有无可比拟的超大面积与超高亮度。
根据不同的户内外环境,采用各种规格的发光像素,实现不同的亮度、色彩、分辨率,以满足各种用途。
它可以动态显示图文动画信息,利用多媒体技术,可播放各类多媒体文件。
世界上目前最有影响的LED显示屏,当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所,总计使用了18,677,760只LED,面积为10,736平方英尺。
屏幕可以划分成多个画面,而同时显示,将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。
另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部,整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100m的超大型LED屏,总计面积达到3600平方米,堪称世界第一。
f与工业设计相结合
LED是近年来欧洲产品设计师的宠儿,他们将LED作为产品设计元素的一部分,驰骋于想象的空间,将光、玻璃或其它材料结合在一起,成为美轮美奂的艺术品。
6)LED产品研发亟待解决的问题
LED是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。
作为新型高效固体光源,具有寿命长、节能、环保等显著优点,将是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。
在半导体照明产品的外延生产、芯片制造、器件封装、集成应用等几个环节已初步形成比较完整的产业链,但在白光照明实现LED功能化照明方面存在着许多制约因素。
因此,在目前的情况下,对LED照明产品开发与设计寄予以下希望:
a满足人们对照明的个性化需求
LED的模块化,为照明设计带来了便利,通过设计者充分合理的布局,使LED处于良好的工作状态。
LED的产品在满足个性化照明方面是传统光源相形见拙的,LED产品形制的多样化将达到前所未有的程度。
因此,LED产品个性化的研发与设计是所有LED灯具供货商必须要面临的最大挑战。
b面发光LED产品考虑建筑的模数化
面发光的LED必须与城市设计和建筑设计相结合,才能满足设计者的需求。
例如作为地面铺装的夜间装饰,产品的尺寸与地砖的尺寸相协调,即符合模数的要求:
150×15;200×200;200×100;300×300;400×200等。
c小功率LED灯具设计
城市夜景照明追求的不是亮度,而是艺术的创意设计,小功率的LED产品应该能够找到它的用武之地。
LED发光角度小,方向性强,可作局部重点照明。
问题是要给设计师提供有足够大的选择范围,外观上也应有美观的要求。
可以肯定地说,LED将会在未来引领照明的时尚与新潮。
d环保与节能,LED的合理利用
绿色照明的概念是全球追随的生态设计目标。
如果能将LED与太阳能电池组合,将会扩大LED的应用范围与场所。
e大功率、高光效、高显色性的白光LED照明产品研发
LED在照明领域的使用目前还受到技术水准和价格的限制,目前我国LED在照明领域应用的困难是LED白光光效不高(每瓦只有20流明左右),功率不大(几十毫瓦至一瓦)、价格贵。
但是白光LED的发展前景看好,发光效率将达到100lm/w,单颗的输出功率达到10W,大功率、高亮度LED集成封装技术的研究,包括驱动电路及特种灯具的开发,无疑是LED最终走入照明领域的关键。
一旦光效和价格问题得到解决,LED将是未来照明的主体。
1.1控制电路与彩灯控制器采用的技术
本文的控制电路主要利用集成电路设计,将有线控制与无线遥控采用串联结构完成。
在有线控制方面我采用传统的接地开关来实现对彩灯控制器的控制,这里主要利用开关的断通作为花样控制芯片的编程输入决定控制信号的样式从而实现花样变换;在无线控制方面则利用无线遥控技术实现,在实际的电路控制信号输入口连接无线接收电路模块实现信号的无线传输与接收从而达到控制的目的。
在这里我选择TDC1808/TDC1809组成射频无线遥控收发电路。
通过TDC1809的低电平输出经信号驱动电路再接到控制芯片的编程口完成。
处理有线控制与无线控制方式并存的机制是利用两个多刀单置开关来完成,这种方式实现比较简单而且可以很好的根据使用者的想法来决定,根据需要在预先完成对控制方式的设置。
在彩灯控制器方面选择的是8路彩灯控制器专用集成电路。
其内存了32种彩灯变换样式控制程序,每一种样式又有4种变化速率可以选择。
考虑到无线控制进行花样编程控制的难度,在这里我选择了其中8种变换样式作为彩灯控制器的控制样式,而在有线接地开关控制上由于直接与编程端口接触所以也可以根据开关的断开与闭合手动实现相应的控制样式的应用。
1.1.1彩灯控制技术的现状
虽然在彩灯控制器的应用上有许多不同的设计,但目前在彩灯控制器电路领域主要有三种技术应用比较盛行:
第一种是利用集成器件。
由于集成器件可以替代许多一般电子器件才能完成的工作,所以使用这类器件的实现电路与传统的电路相比比较简单稳定,而且由于是应用单片机技术,并且已经人为的根据实际需要内嵌花样控制程序,因此可以实现的花样众多。
而且这也是目前世界上通用的电路设计做法,在很多的电路领域都把集成器件作为简化电路,增强稳定,实现复杂功能的关键。
但是由于这类集成器件都是预先设定花样并且进行了固化,所以进行电路设计时必须根据芯片来决定变换花样,对于发挥人的设计想象有一定的局限性。
市场上这类芯片比较广泛,而且花样变换也各不相同,所以基本的花样设计都能被包含在内。
第二种是利用传统的触发器件和门电路完成控制电路。
这类电路的控制样式比较简单,一般以实现彩灯的循环控制为主,但其稳定性很高,不需要考虑程序的可移植性、稳定性、而且电路结构简单。
只要电路没有问题,就可以很好的实现其功能。
第三种是利用编程技术对单片机控制芯片根据个人需要和能力通过编写控制程序达到自己要求的花样变换。
在这里主要应用到的编程语言是C51,汇编语言,VHDL等。
对于这些利用将在下面进行详细的介绍。
1.1.2目前市场上熟悉的几种彩灯控制器介绍
市场上在彩灯控制器方面上有很多的不同设计,下面就针对目前市场上熟悉的几种彩灯控制器进行简单的介绍:
1)利用集成器件直接实现彩灯控制器
a彩灯控制器专用集成电路SE9518的典型应用
单片SE9518的典型应用如图1.1所示。
它是由电源电路,花样控制电路,双向晶闸管驱动电路所组成。
220V市电经电源变压器T降压成6V左右的交流电,经2A/200V全桥(用4只整流二极管1N4001等构成)整流、电容器C1滤波后,为电路供电。
SE9518获电后开始工作。
它内存8中基本花样,每种花样有16种状态,利用4个编程端可以实现27种不同组合。
在进行多次循环时,每种花样有8次、4次、2次等多种循环形式,可产生奇妙的梦幻效果。
SE9518的8种基本花样是:
①单点右旋A;②单点旋左B;③卷窗式C;④闪烁加依次灭D;⑤弹性涨缩闪烁E;⑥星星闪烁F;⑦拉幕式闪光G;⑧单点交叉追逐H。
从SE9518输出端Q0~Q7输出的高电平,使与之相接的VT0~VT7相应导通,在三极管导通时,其集电极的发光二极管闪烁,以做监视,三极管射极输出的电流经电阻R0~R7及二极管VD0~VD7后触发双向晶闸管VS0~VS7导通,从而驱动彩灯群随IC的编程不同而产生相应的花样闪烁。
调节RP可以改变闪光速率。
图1.1单片SE9518的典型应用电路(图中省略了输出部分Q1~Q6)
表1.1SE9518的花样控制方式
b彩灯控制专用集成电路CCDD-1A
这种集成电路实际上就是一个基本输入(IN0~IN6)、输出(OUT0~OUT7)控制器,对输入信息的处理都在集成电路内由程序控制,内部内存花样多达32种样式控制程序。
其中IN0~IN4为花样编码,IN5和IN6用来调整变化速率。
CCDD-1A的典型电路图如图1.2所示。
C1,R1是CCDD-1A的上电复位电路。
DIP-7是一个7位双态拨动开关。
如果觉得彩灯的变化速率范围不符合要求,可以适当调节晶振CRYSTAL的频率参数。
晶振频率越高,变化速率就越快。
图1.2CCDD-1A的典型应用及引脚功能
表1.1是控制花样的编码表
K1
K2
K3
K4
K5
每个变化周期花样形式说明
0
0
0
0
1
单灯亮:
1到8逐一点亮
0
0
0
1
1
单灯亮:
1到8逐一点亮,再8到1转回
0
0
1
0
1
光柱亮:
从1亮到8
0
0
1
1
1
光柱亮:
从1亮到8,再从8回熄到1
0
1
0
0
1
跳动:
1-12-123-全灭-2-23-234-全灭-3-34-345-全灭-6-67-678-全灭
0
1
0
1
1
双灯亮:
12-23-34-45-56-67-78-灭
0
1
1
0
1
双灯亮:
13―24-35-46-57-68-灭
0
1
1
1
1
1-灭-12-灭-123-灭-1234-灭-12345-灭-123456-灭-1234567-灭-12345678-灭
…
…
…
…
…
…
1
1
1
1
0
全部按鼓点闪:
X-X-X-X—X-X-X-X-XX
说明:
1.K按通表示状态0,开为1;2.K6,K7主要控制速度,00为最慢,11为最快(如果速度不合适,可以通过改变晶振的频率来实现);3.INT0~INT6分别对应外接的开关为K1~K6.
c多功能程控彩灯CD71061P及其应用
CD71061P的典型应用电路原理图如1.3所示。
合上电源开关S后,IC开始工作,其输出端Q1~Q8便按照内存的花样出现或高或低的电平,驱动8只发光二极管LED1~LED8作花样闪亮。
内存6种基本花样为:
弹性涨缩、全亮间隔闪烁、向左倒流水、向右顺流水、向右依次亮同时熄灭、同时亮向左依次熄灭。
通过编程端B1~B4与VDD,VSS的不同组合连接,则可以得到20多种花样变化。
C2和RP的数值决定了CD71061P内部振荡器的工作频率。
调节RP的阻值可以控制彩灯变化节奏的快慢,从而选择最合适的节奏。
图1.3CD71061P的典型应用电路
相关的彩灯控制集成器件还有诸如SMC5618,SH803,CD71017,HJ94015等等,从其上的介绍可以看出利用集成器件设计的控制电路都是利用专用器件的编程控制端实现彩灯花样的多种变换,内存多种基本花样是其共同的特点。
使用这类器件设计电路,我们只要围绕它的辅助电路来展开就可以很好的发挥其作用,达到所需的目的。
2)利用传统的触发器件和TTL门电路完成控制电路,这一类控制器的大致思路如下图所示
下面介绍集中具体实例
a由555定时器构成74LS194构成的简单彩灯控制电路
该电路主要三个模块构成,显示电路﹑秒脉冲电路和维持电路。
秒脉冲电路全程为电路提供矩形波信号使彩灯定时发亮;显示电路为维持电路提供电源:
维持电路在显示电路部分提供电源的情况下为电路提供一段较长的高电平,使彩灯在全部变亮后保持一段时间。
同时结合显示电路部分所带元件(主要是74LS194)的性质,使彩灯从右到左依次由暗变亮,亮后维持一段时间,然后熄灭,并且不断重复。
它的具体电路应用电路如下
a在这里主要介绍的是利用NE555实现的彩灯循环控制器电路。
该循环钚控制电路由555定时器、同步4位二进制计数器74HCl63和4线-16线译码器/分配器74HCl54组成。
如图1.4所示。
电路中555定时器组成多谐振荡器,输出一定频率的矩形脉冲。
74HCl63是同步4位二进制计数器,当输入周期性脉冲信号时,其输出为二进制数形式,并且随着脉冲信号的输入,其输出在0000-1111之间循环变化。
通过4线-16线译码器74HCl54,其16条输出线按照74HCl63所加的二进制数依次变成低电平,哪条输出线为低电平,与它相连的发光二极管就亮。
因任一时刻,只有1个发光二极
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 多用途 彩灯 控制电路 设计 毕业设计