LED照明調光裝置設計與實現*

王蔚 賈文超

(長春工業大學電氣與電子工程學院，長春 130012)

引言

隨著發光二極管技術的發展，LED照明由于其長壽命，低功耗及色彩可控等方面的優勢，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用前景和發展潛力，本文介紹一種LED照明驅動裝置，能夠方便地控制LED的光強和色彩，可通過編程對多個LED圖案進行控制，并且本系統可通過串行口與計算機進行通信，顯示上位機所傳送的信息。

1 LED調光原理

目前實現LED照明有三種主流技術路線，(1)基于三基色原理，利用紅、綠、藍三基色LED合成白光，(2)利用紫外LED激發三基色熒光粉，由熒光粉發出的合成白光，(3)采用藍光LED激發黃光熒光粉實現二元混色白光。相比之下，采用三基色LED混合白光，不僅可實現理想的白光光譜，而且光源顏色可調，使其不但可適應對白光的顏色要求比較高的照明場合，并且可通過一定的自動控制驅動電路可適應于各種顏色及亮度不斷變化且要求精度較高的場合。其實現原理如圖1:

圖1 三基色實現合成彩色光原理圖

通過控制電路對三基色發光LED的亮度進行調節，其通過透鏡后的合成光的顏色和亮度均將可調。

圖2 調光裝置總體方案框圖

2 調光裝置總體方案

如圖2中，87LPC762單片機傳送數據到三路D/A轉換器，將數字量轉換為模擬量，經功率放大電路分別控制紅、綠、藍三色LED發光的強度，從而控制LED發光的顏色以及亮度，對于多個LED采用動態掃描的方式，由單片機控制兩個輸出端子以CLK為基準輸出串行信號，經串并轉換器件控制處于開關工作的三極管分別對三基色LED進行點亮，完成對圖形圖案的控制。最后，此系統即可完成調光所需的各項功能。串行通訊接口采用RS232標準總線與計算機連接，可將計算機中需要顯示的圖案或文字傳送到本系統并顯示出來。

3 光顏色調整的實現

圖3中AD558是D/A轉換芯片，能將數字量轉換為模擬量。單片機通過P0口與AD558的DB0－DB7連接，進行并行數據傳輸，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單色發光的強度。由于AD558是8位的D/A轉換芯片，因此通過三路D/A分別控制三基色時，其可將三基色中的紅、綠、藍分別分為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，通過軟件數據的設定可根據實際需要設置最大限度內任意所需要的分辨率值。

圖3 光顏色調整模擬量輸出原理圖

4 多點LED分別點亮掃描的實現

由單片機P1口三個管腳分別輸出信號，74LS164將串行信號變為并行信號，其輸出端Q0—Q7分別與紅綠藍三基色LED公共端連接，在時鐘CLK1的控制下可依次輸出高電平。此電路為串行數據控制并行口，因此可任意擴展。

圖4 多點LED分別點亮掃描實現原理圖

5 調光裝置與計算機系統的通信

如圖5所示，調光裝置和計算機系統之間采用RS－232串行通信標準，其規定了發送端驅動器與接收端接收器的電平關系、負載要求、信號速率與連接要求等，MAX232主要用來完成TTL電平和RS－232之間電平的轉換。

圖5 調光裝置與計算機系統的通信接口圖

6 結論

設計并制作了一套LED調光裝置，采用單片機通過三路DA轉換輸出分別控制LED紅、綠、藍三基色輸出，實現對半導體照明色彩和亮度寬范圍、高精度的調節，同時通過串并轉換掃描方式使一套系統可對多個LED分別控制，實現其在高精度控光和控色的基礎上可組成任意的靜、動態圖案或畫面。通過對實際制作實驗模型128×64LED組成的矩陣進行圖案和色彩、亮度進行8小時測試，表明LED中心光強穩定在280 lx(lx:勒克斯)，隨著LED溫度的升高中心光強衰減低于3%，達到了預期的控制要求水平。

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