基于Proteus壓控變色彩燈控制電路設計

熊建平

（深圳職業技術學院廣東深圳518055）

《模擬電子技術》是高職電子類、機械類等專業的一門基礎課程，學生在學習完該課程之后，應達到掌握對整個課程系統的分析和理解的目的。但是，學生在日常學習中所做實訓都是一個個相對獨立簡單的小實訓，對集合多個小實訓的綜合實訓項目缺乏實踐性，所以往往對整個課程缺乏系統理解。因此，開發一個可讀性強，貼近實際生活，又不太復雜的電路系統是亟待解決的事情。基于Proteus壓控變色彩燈控制電路即是基于此開發出來的。

當今文娛活動場所通常都有一個變光、變色、閃爍的光源，使活動場所帶來色彩斑斕、變幻迷離的感覺，增加活動場所的活躍氣氛，本設計即是利用電路來模擬此種效果。根據三基色混色原理，將紅、綠、藍3個基色調和，可以得到紅、綠、藍、紫、青、黃、白、黑等多種顏色，若將紅、綠、藍3個燈泡置于一個透光的燈罩中，可使燈罩發出具有紅、綠、藍、紫、青、黃、白、黑等多種變化的顏色，從而達到變光變色并閃爍的效果。

1 開發思路

日常生活中所使用的市電是220 V，50 Hz的交流電，但整個電路中需要用直流電來供電，首先應將交流電轉變為直流電，作為供電電源。由于設計該電路系統將利用電壓比較器的比較輸出信號去觸發晶閘管，需產生一個基準電壓，而基準電壓產生由555定時器完成，可以得到一個近似鋸齒波波形，此波形經過LM324放大，再輸入運放的同相端做基準信號，3個運放的輸出經三極管隔離后去觸發晶閘管，使其驅動燈泡發亮，其工作過程如框圖1所示。

圖1 壓控變色彩燈結構框圖Fig.1 Structure diagram of the voltage-controlled color changing lamp

2 電路實現

1）直流穩壓電源電路

由于整個電路由+12 V的直流電源供電，采用單相全波整流、電容濾波電路[1]。變壓器二次側電壓的有效值為V2=12/1.2=10 V，整流二極管耐壓值故電源變壓器采用5 W，220 V/10 V具有中心抽頭的變壓器，整流二極管選取50 V，1 A的1N4001，濾波電容則采取25 V，1 000 μF的電解電容。

2）基準電壓產生電路

基準比較電壓信號由555定時器產生，555定時器外接電阻電容元件構成多諧振蕩器[2]，其電容器兩端將產生鋸齒波信號，將此信號進行電壓放大，作為比較器的基準電壓信號。

3）電壓比較器電路

電壓比較器是一種將輸入電壓與另一電壓信號（基準電壓）進行比較的電路，輸入的是連續模擬信號，輸出的是以高、低電平為特征的數字信號[3]。電壓比較器采用LM324四運放芯片，LM324具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，被廣泛應用于各種電路中。

電路的最終設計如圖2所示。

圖2 壓控變色彩燈電路Fig.2 The design of the voltage-controlled color changing lamp

在圖2所示電路中，由555構成多諧振蕩器，電容C2上得到近似鋸齒波的電壓，此電壓經LM324中的其中一運放IC4放大，加給其他3個電壓比較器IC1、IC2、IC3的同相輸入端，3個電壓比較器輸出經三極管V1～V3隔離后去觸發晶閘管VS1～VS3，從而驅動3個燈泡H1～H3發亮。而3個電壓比較器的反相輸入端的電壓各不相同，其中：

其中uR、uG、uB為3個電壓比較器的輸出值。

由此可知，3個電壓比較器反相輸入端的電壓各個不相同，而它們的同相輸入端是同一個經運放放大的近似鋸齒波電壓uc（也可以選擇三角波、梯形波或不規則的電壓波形），所以IC1、IC2、IC3的導通時機和導通時間的長短各不相同，它們通過三極管V1～V3去觸發晶閘管VS1～VS3，使VS1～VS3的導通時機和導通時間的長短也各不相同，從而使得燈泡紅、綠、藍的導通時機和導通時間的長短也各不相同，產生燈光混色的效果。

若uc是理想的鋸齒波，則uc、uG、uR、uB的波形及uG、uR、uB組合而得到的彩色變化情況如圖3所示[4-5]。

其中3個燈泡都不亮，即uG=uR=uB=0為黑；uG=uR=0，uB=1為藍；uG=uB=0，uR=1為紅；uR=uB=0，uG=1為綠，它們的不同組合可得到紫、青、黃、白、黑等彩色，從而實現壓控變色彩燈的效果。

圖3 壓控變色彩燈工作波形Fig.3 The waveform of the voltage-controlled color changing lamp

圖2中的A點的波形為近似的鋸齒波，先進行放大后作為3個電壓比較器的比較電壓。當然此鋸齒波可以更換為其他類型的波形，比如音樂信號或光控信號，如圖4和圖5所示。

圖4 音樂信號輸入Fig.4 The music signal input

若將圖4所示的音樂信號接入到圖2中的A點，則燈光亮度及顏色會隨音樂變化而變化。

同理，若將圖5所示的光敏信號接入，則燈光亮度及顏色會隨光源的強度變化而改變。

圖5 光敏信號輸入Fig.5 The photosensitive signal input

3 電路仿真

利用電路仿真軟件Proteus對圖2電路進行仿真調試[6]，電路仿真如圖6所示。

仿真結果顯示，燈H1～H3均可點亮，利用晶閘管控制燈導通時機及導通時間，并將3個燈泡放于反光罩中，即可實現變光、變色及閃爍的效果。

圖6 基于Proteus壓控變色彩燈仿真Fig.6 The circuit simulation of the voltage-controlled color changing lamp with Proteus

4 結論

本文以555和LM324芯片為核心，詳細闡述了壓控變色彩燈地開發過程，包括直流穩壓電源設計、基準信號產生電路設計以及電壓放大比較電路設計，最后利用Proteus軟件進行仿真調試，實現了壓控變色彩燈的顯示效果。該彩燈具有設計簡單、貼近實際生活、所用元器件均為常用器件等特點，可作為電子類相關專業學生學習完《模擬電子技術》課程后進行課程設計的一個典型作品，也可作為相關行業所需彩燈設計的參考作品。

[1] 李源生.電路與模擬電子技術[M].北京:電子工業出版社，2003.

[2] 秦曾煌.電工學[M].6版.北京:高等教育出版社，2003.

[3] 陳梓城.模擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社，2002.

[4] 劉守義.數字電子技術[M].2版.陜西:西安電子科技大學出版社，2003.

[5] 閻石.數字電子技術基礎[M].2版.北京:高等教育出版社，2005.

[6] 王瑞萍.基于Proteus的單片機虛擬開發環境[J].現代電子技術，2009，32（8）:155-157.WANG Rui-ping.Virtual environment of single chip computer development system based on proteus[J].Modern Electronics Technique，2009，32（8）:155-157.