摘要：針對傳統(tǒng)照明光源不能調色或調光深度不足的現(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,，通過PWM技術實現(xiàn)了LED燈白光的亮度調節(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驅動組成,。采用低成本的STC15W201SOP8單片機作為主控器件,，用定時器作為三路的PWM發(fā)生器，驅動低開啟電壓的NMOS管以實現(xiàn)調光與調色,。通過程序的巧妙設計實現(xiàn)了在0~360°過渡時無明顯顏色跳變的現(xiàn)象,。該可調光調色LED燈經長時間使用,調光調色效果理想且穩(wěn)定可靠,，可供該產品設計以參考。

　　關鍵詞：無線遙控;PWM;RBG LED燈;調光調色

0引言

　　發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）是一種新型的固態(tài)半導體發(fā)光器件,，可以直接將電能轉化為光能,。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,、響應快等優(yōu)點。LED最初用做儀器儀表的指示光源,，后來在交通信號燈,、汽車尾燈、景觀燈,、背光源及半導體照明等方面獲得了廣泛應用,，并顯示出了其強大的發(fā)展?jié)摿Γ蔀榻陙硌芯康臒狳c［12］,。

　　傳統(tǒng)的光源,，如白熾燈、熒光燈,、節(jié)能燈,、高壓鈉燈、鹵素燈等存在著如下缺點：（1）不能調光或可調光深度不夠,；（2）不能調色,，因只有單色光。針對上述情況,，本文采用無線遙控和智能控制技術對LED發(fā)光體進行控制,，實現(xiàn)三色LED燈任意調色功能（含單色調色、雙色調色和三色調色）和單色白光LED燈的任意調光功能,。

1硬件電路設計

　　系統(tǒng)由電源電路,、紅外一體化遙控接收頭、CPU和三路LED驅動組成,，硬件的總體設計框圖如圖1所示,。其中電源采用可調（9.6 V左右）設計，主要考慮高亮LED實際工作電壓為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,。

　?。?）紅外接收電路設計

　　IC1為紅外一體化接收頭，接收頭內置紅外信號放大,、整形與解碼,，輸出信號為調制編碼,，硬件電路如圖2所示,；實物圖如圖3所示，對應圖2中的IC1,。

　?。?）CPU電路設計

　　考慮系統(tǒng)成本，CPU采用STC15W201SOP8,，該芯片為TI單片機,，比普通51系列單片機快7~12倍，芯片內置復位和高精度震蕩器（常溫下溫漂0.6%）,，成本1元左右,，8個引腳分別為：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）作為紅外信號輸入,，以有效提高紅外信號的捕捉性能,，P3.0、P3.1,、P3.3作為三路LED輸出控制,。

　　（3）LED驅動電路設計

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

　　圖2中R4,、R5,、R6為紅,、綠、藍三路燈珠的限流電阻,，當紅,、綠、藍三路控制電路全部導通時,，為保證發(fā)純白色,，電阻R4、R5,、R6功率選擇1 W,。

　　（4）電源電路設計

　　這里的電源設計成9.6 V電壓,，以同時滿足紅,、綠、藍三路LED的供電需要,，選用LM2575ADJ器件作為核心,，該芯片為DCDC轉換器件，具有效率高（達到85%以上）,，輸入耐壓高（可以達到40 V）,，電壓適應范圍寬（11.5 V~40 V輸入）的特點，圖2中ZD為肖特基二極管,，W為可調電位器,，用于調節(jié)VCC。

2軟件設計

　?。?）紅外信號接收中斷流程圖

　　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。

　?。?）PWM技術實現(xiàn)調光原理

　　本系統(tǒng)采用PWM脈寬調制方式進行調光,，實現(xiàn)LED的變色，此方法廣泛應用在直流調速,、調光系統(tǒng)中［34］,。

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

　　其基本思路是,，定時器定時t0=0.2 ms，用兩個單元分別代表低電平時間參數(shù)N1和高電平時間參數(shù)N2，其中N1+N2=100,，低電平時間t1=N1*t0,，高電平持續(xù)時間為t2=N2*t0，周期為T=t1+t2=20 ms,。那么N1,、N2內數(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技術實現(xiàn)調色原理

　　本系統(tǒng)涉及三路LED控制,，因此需要3組上述N1和N2,，能同時改變三路LED燈的亮度，利用光的三基色合成原理,，改變三基色光中基色的強度,，這樣就可以產生無限種紅、綠,、藍的組合，就可以改變LED燈顏色的改變,，從而做到0~360°自然過渡,。

　　（4）PWM程序流程圖

　　圖8是產生其中一路PWM的定時/計數(shù)器t0的0.2 ms中斷服務程序流程圖,。

3功能實現(xiàn)方法及測試結果

　　本系統(tǒng)設計了12個按鍵,，通過PWM技術實現(xiàn)開燈、無極調色,、停止變色,、白光無極調光、紅光,、綠光,、藍光、黃光,、紫光,、青光、白光,、關燈12種功能,。

　　實現(xiàn)無極調色的方法是：給定三組不同的N1、N2后,，讓其自動循環(huán)變化,。

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

　　實現(xiàn)白光的方法是：讓紅,、綠、藍三組燈PWM波輸出100%占空比波形,，且保持不變,當然白光的效果還取決于電路中R4,、R5、R6的參數(shù),，需要事先調整好,。

　　實現(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,。藍光和綠光的方法同紅光,。

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

　　另外，要實現(xiàn)其他各種顏色,，可將紅,、綠、藍三種顏色按比例混合輸出,，就可實現(xiàn)多彩的顏色,。經測試，本系統(tǒng)所設計的無線遙控LED調光調色燈實現(xiàn)了上述的12種功能,。

　　圖9為LED調光調色燈 (選了5種顏色)和遙控器實物,。

4結論

　　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,，實現(xiàn)了LED燈白光的亮度調節(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單片機作為主控器件,，采用PWM控制技術,，以巧妙的軟件技術實現(xiàn)了調光與無跳變調色功能。經測試和長時間使用,，該LED調光調色燈效果理想,，性能穩(wěn)定可靠，可供該產品設計以參考,。

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