LED照明調(diào)光設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(shì)，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(dòng)裝置，能夠方便地控制LED 的光強(qiáng)和色彩，可通過編程對(duì)多個(gè)LED 圖案進(jìn)行控制，并且本系統(tǒng)可通過串行口與計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)白光的顏色要求比較高的照明場(chǎng)合，并且可通過一定的自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)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(chǎng)合。其實(shí)現(xiàn)原理如圖1:

　　

　　圖1 三基色實(shí)現(xiàn)合成彩色光原理圖

　　通過控制電路對(duì)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)。

　　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(duì)于多個(gè)LED采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，由單片機(jī)控制兩個(gè)輸出端子以CLK 為基準(zhǔn)輸出串行信號(hào)，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(duì)三基色LED 進(jìn)行點(diǎn)亮，完成對(duì)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(xiàng)功能。串行通訊接口采用RS232標(biāo)準(zhǔn)總線與計(jì)算機(jī)連接，可將計(jì)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。

　　

　　圖2 調(diào)光裝置總體方案框圖

　　3 光顏色調(diào)整的實(shí)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(shí)，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(shí)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(diǎn)LED 分別點(diǎn)亮掃描的實(shí)現(xiàn)

　　由單片機(jī)P1 口三個(gè)管腳分別輸出信號(hào)，74LS164 將串行信號(hào)變?yōu)椴⑿行盘?hào)，其輸出端Q0-Q7 分別與紅綠藍(lán)三基色LED 公共端連接，在時(shí)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(diǎn)LED 分別點(diǎn)亮掃描實(shí)現(xiàn)原理圖

　　5 調(diào)光裝置與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信

　　如圖5 所示，調(diào)光裝置和計(jì)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(dòng)器與接收端接收器的電平關(guān)系、負(fù)載要求、信號(hào)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信接口圖

　　6 結(jié)論

　　設(shè)計(jì)并制作了一套LED 調(diào)光裝置，采用單片機(jī)通過三路D A 轉(zhuǎn)換輸出分別控制LED 紅、綠、藍(lán)三基色輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體照明色彩和亮度寬范圍、高精度的調(diào)節(jié)，同時(shí)通過串并轉(zhuǎn)換掃描方式使一套系統(tǒng)可對(duì)多個(gè)LED 分別控制，實(shí)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(dòng)態(tài)圖案或畫面。

　　通過對(duì)實(shí)際制作實(shí)驗(yàn)?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(shí)測(cè)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。