学士学位论文护栏灯led多彩电路设计说明书.docx
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学士学位论文护栏灯led多彩电路设计说明书
信息职业技术学院
毕业设计说明书(论文)
设计题目:
护栏灯LED多彩电路设计
专业:
应用电子技术
班级:
应电07-2班
学号:
姓名:
指导教师:
二00九年十二月十五日
业技术学院毕业设计(论文)任务书
学生
姓名
梁坤
学号
2
班级
应电07-2
专业
应用电子技术
设计题目
护栏灯LED多彩电路设计
指导教师姓名
职称
工作单位及所从事专业
联系方式
备注
讲师
设计(论文)内容:
1.三路七彩同步闪光;
2.电源电路;
3.市电频率50~60Hz。
进度安排:
第3-5周:
资料收集;
第6-7周:
论文初稿;
第8-11周:
电路设计并做实物;
第12-14周:
论文定稿;
第15-16周:
论文答辩。
主要参考文献:
[1]华成英诗白主编.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社,2006
[2]张洪润主编.电子线路与电子技术.北京.清华大学出版社,2006
[3]杨恒主编.LED照明驱动电路设计与实例精选.北京.中国电力出版社,2008
[4]王一群.电子技术及制作.福建.福建科技出版社,2004
[5]郑应光主编.模拟电子线路
(一).南京.东南大学出版社,2004
[6]郑应光主编.模拟电子线路
(二).南京.东南大学出版社,2005
审
批
意
见
教研室负责人:
年月日
目录
摘要1
第一章绪论2
1.1三路七彩发光数码管的概述2
1.2设计的目的与意义2
1.3设计的内容及解决问题的方法3
第二章方案选择4
2.1电源电路4
2.2三路七彩电路4
第三章单元电路设计6
3.1电源电路设计6
3.1.1降压电路6
3.1.2直流稳压电路7
3.2三路七彩输出电路设计8
3.3整机原理图及工作原理9
第四章电路制作及调试10
4.1电路制作及元器件的安装10
4.2电路的测试10
结论11
致谢12
参考文献13
附录1护栏灯LED多彩整体电路图14
附录2元件明细表15
摘要
本课题所设计的是一个护栏灯LED多彩电路,广泛应用于立交桥,河道护栏,花园,建筑外墙等场所装饰。
本设计中三路七彩同步闪光电路是最重要的组成部分,它的作用是用于红、绿、蓝三基色混色实现七种颜色的变化,采用输出波形的脉宽调制,即调节LED灯导通的占空比,在扫描速度很快的情况下,利用人眼的视觉惰性达到渐变的效果。
一根灯管能够同时变化出七种不同颜色,并可产生渐变、闪变、扫描、追逐、流水等各种效果,多根灯管一起配合还可以展示图形和文字。
关键字 三路七彩;同步闪光;HL4929
第一章绪论
1.1三路七彩发光数码管的概述
三路七彩发光数码管是由红、绿、蓝三基色混色实现七种颜色的变化,采用输出波形的脉宽调制,即调节LED灯导通的占空比,在扫描速度很快的情况下,利用人眼的视觉惰性达到渐变的效果。
输入电压可选220V或24V、12V,可根据应用长度和环境选择单色、双色、三基色,可选用控制器控制或电脑控制。
利用三路七彩发光数码管做成的LED护栏灯是一种室外景观照明灯,能够同时实现多种色彩变化,并且可以产生同步渐变、跳变、扫描、追逐、流水效果,还可以显示图案和文字。
而且它的变化时间和变化样式都可以任意控制,该产品寿命长、节能环保、光色柔和、亮度高、具有抗紫外线、防水、防潮等功能,特别适合用于广告牌背景、立交桥、房子装修、楼体亮化、建筑物轮廓等大型动感地带之中,可产生彩虹般的绚丽效果。
事实证明,它已经成为照明产品中的一只奇葩,绽放在动感都市。
三路七彩发光数码管中LED数码管控制IC主要适用在全彩渐变调光控制的护栏灯、LED装饰灯类、景观灯类以及其他RGB全彩光源灯具同步扫描、全彩变色控制。
随着LED光源的不断普及,越来越多的客户使用到LED控制器,在控制器选购上很多客户无从入手,就现在市场中可以任选控制器控制或电脑控制,LED护栏灯应用于桥梁、楼宇等建筑轮廓的装饰,其节能珥与艳丽的颜色和七彩梦幻般的变化,是新世纪户外装饰工程的主导方向。
1.2设计的目的与意义
1.本设计会呈现艳丽的颜色和七彩梦幻般的变化,可以应用于桥梁、楼宇等建筑轮廓的装饰;
2.美化家庭和城市的环境;
3.本设计采用LED照明,目的在于实现节能环保;
4.为照明的应用提供了广阔的发展空间。
1.3设计的内容及解决问题的方法
设计电路结构,选择电路元件,计算确定元件参数,画出实用原理电路图。
该设计的主要内容是:
护栏灯LED多彩电路
1.设计的内容:
(1)方案论证及系统框图;
(2)单元电路设计;
(3)电路原理及电路图;
(4)电路安装、调试。
2.设计的要求:
(1)电源部分要有电源的净化电路;
(2)能输出三路七彩同步闪光;
(3)能轮流发出七彩光。
3.解决方法:
(1)电源部分可采用简单的直流稳压电源,提供稳定的电压;
(2)采用芯片HL4929集成电路来实现七彩同步闪光和轮流发出七彩光的功能。
第二章方案选择
本设计中有LED照明驱动的应用,其中电源是影响LED光源可靠性和适应性的一个重要组成部分必须作重点考虑。
目前我国的市电是220V的交流电,而LED光源属半导体光源,通常是用直流低电压供电,就要求在这些灯具中或外部设置AC/DC转换电路,以适应LED电流驱动的特征。
目前电源选择的途径有开关电源、高频电源、电容降压后整流电源等多种,根据电流稳定性,瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。
2.1电源电路
电路由降压电路,限流电路,整流电路和稳压滤波等电路组成。
原理框图如2-1:
图2-1电源电路方框图
1.降压电路:
这里采用电容降压型直流稳压电路,降压电容相当于普通稳压电路中的降压变压器,直接接入交流电源回路中,所能提供的电流取决于降压电容的容量大小和电网频率。
它几乎承受全部的交流电源U,应选用无极性的金属膜电容。
2.限流电路:
在合上电源的瞬间,有可能是U的正或负半周的峰_峰值,此时瞬间电流会很大,因此在回路中需串联一个限流电阻,以保证电路的安全。
3.整流电路:
有半波整流和全波整流,与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
4.稳压滤波:
电压降压回路中,电流有效值I是稳定的,不受负载电流大小变化的影响,因此在稳压电路中,要有泄放电阻,以必须保证在要求的时间内泄放掉降压电容上的电荷。
2.2三路七彩电路
本设计中要求能输出三路七彩同步闪光,所以用不同的芯片都可以实现红、绿、蓝三色LED组合混色成七彩变化。
方框图如2-2:
图2-2三路七彩输出方框图
三路输出电路是采用特殊芯片来实现。
其使用的芯片有WD3712、QY3084、HL4929等等,它们都是CMOS工艺的三路七彩同步闪光集成电路,工作电压一般在3~18V,其内部集成了控制集成电路及红、绿、蓝等发光芯片,是实现自动闪烁、渐变等功能一体化的芯片。
七彩的显示是用发光二极管来实现。
改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光。
如小电流时为红色的LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色。
所以根据这种特性来实现是电源更安全的电源,最为简单的方式。
LED使用低压电源,供电电压在6~24V之间,根据产品不同而异,所以它比使用高压电源更安全。
综上所诉,本设计可以根据整体方案方框图2-3来设计此电路。
图2-3整体方案方框图
第三章单元电路设计
3.1电源电路设计
电源电路是由降压电路、限流电路、整流电路、稳压滤波电路等组成。
如图3-1所示:
图3-1电源电路的原理图
图中220V的交流电经电容器C1和电阻R1组成降压电路降成18V的电压,经桥式整流、DW1稳压成15V电压后经电阻R4释放残余的电荷,以减少等待的时间,最后C4滤波最终获得直流电压9.4V供给控制电路。
另一端经过电阻R2、R3的限流送入送入芯片HL4929,其中C2、C3的作用是滤除电源中的高频杂波。
3.1.1降压电路
降压电容相当于普通稳压电路中的降压变压器,直接接入交流电源回路中,几乎承受全部的交流电源U。
当一个正弦交流电源U(如220VAC50HZ)施加在电容电路上时,电容器两极板上的电荷,极板间的电场都是时间的函数。
也就是说:
电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。
在电路设计时,应先测定负载电流的准确值,然后来选择降压电容器的容量。
因为如果通过降压电容C1向负载提供的电流为Io,实际上是流过C1的充放电电流Ic。
C1容量越大,容抗Xc越小,则流经C1的充、放电电流越大。
当负载电流Io小于C1的充放电电流时,多余的电流就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。
为保证C1可以工作,其耐压选择应大于两倍的电源电压,泄放电阻R4的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。
3.1.2直流稳压电路
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。
为简单起见,二极管用理想模型来处理,即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
当在U的正半周时,电流从正端经过二极管D1流向RL,再由二极管D3流回负端,所以D1、D3正向导通,D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图3-2中实线箭头表示。
当在U的负半周时,其极性与图示相反,电流负端经过二极管D2流向RL,再由二极管D4流向正端,所以D1、D3反偏截止,D2、D4正向导通。
电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负。
其电流通路如图3-2中虚线箭头所示:
图3-2桥式整流电路
综上所述,桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
在回路中整流后的电压为16V。
为了能够得到稳定的电压,所以需要稳压管DW1来进行稳压,稳压后得到15V的电压。
在整流电路的输出电压不是纯粹的直流,与直流相差很大,为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件电容C4组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分,可以获得最大直流电压9.4V,最小电压为5.65V。
3.2三路七彩输出电路设计
三路七彩的输出采用芯片HL4929集成电路来实现,HL4929是CMOS工艺的三路七彩同步闪光集成电路。
工作电压高,输出电流大,用交流市电频率作为时钟脉冲输入,通过两个分频比设置端改变四档变化速度来适应不同的外部时钟(50Hz/60Hz)。
适合用红、绿、蓝三色LED组合混色成七彩变化,用于LED灯泡的生产,可直接驱动多组LED。
既可单只使用,也适合交流同步灯场合。
那么HL4929管脚如图3-3所示:
图3-3HL4929管脚图
其引脚功能如表3-1所示:
表3-1HL4929引脚功
引脚
1
2
3
4
5
6
7
8
符号
Q1
Fin
H
L
GND
Q3
Vdd
Q2
功能
PMOS开漏输出端
外部时钟脉冲输入端
分频比设置端1
分频比设置端2
电源地(VSS)
PMOS开漏输出端
电源正极
PMOS开漏输出端
在芯片接入电源时,PMOS开漏输出端接相应的发光二极管(以Q1接红色LED、Q2接绿色LED、Q3接蓝色LED为例)时,会产生渐变闪烁,出现三路七彩同步闪光,当外部时钟脉冲输入端输入不同的外部时钟时,可以通过两个分频比设置端改变四档变化速度,调节分频比时每步所保持的时间不同。
它一共有四个速度可以调节(0.64S、1.28S、2.56S、5.12S),分频设置如表3-2:
表3-2分频设置
分频比设置端H
分频比设置端L
每步保持时间(秒)
H=1(接VDD或悬空)
L=1(接VDD或悬空)
0.64
H=0(接Vss)
L=1(接VDD或悬空)
1.28
H=1(接VDD或悬空)
L=0(接Vss)
2.56
H=0(接Vss)
L=0(接Vss)
5.12
发光二极管所产生的红绿蓝三基色混色实现七种颜色的变化,采用输出波形的脉宽调制,即调节LED灯导通的占空比。
在扫描速度很快的情况下,利用人眼的视觉惰性达到渐变的效果。
如果用在一根灯管上能够同时变化出七种不同颜色,并可产生渐变、闪变、扫描、追逐、流水等各种效果,多根灯管一起配合还可以展示图形和文字。
根据调节的时间输出色彩的顺序就不同,输出模式如表3-3:
表3-3输出模式
输出顺序
1
2
3
4
5
6
7
Q1
R
R
R
R
Q2
G
G
G
G
Q3
B
B
B
B
混色效果
白
紫
湖蓝
蓝
黄
红
绿
3.3整机原理图及工作原理
护栏灯LED多彩电路的整机原理图见附录1。
它的工作原理是:
图中220V的交流电经电容器C1降压后经桥式整流、DW1稳压后经电阻R4释放残余的电荷,以减少等待的时间,最后经C4滤波最终获得3~18V的稳定直流电压供给芯片HL4929。
另一端市电频率经过电阻R2、R3的限流直接送入芯片HL4929外部时钟脉冲输入端。
当芯片产生电压后,芯片HL4929的PMOS开漏输出端所连接的发光二极管会发出三路七彩同步闪光。
当调节两个分频设置端时,三路七彩出现不同色彩的跳变时间就不同。
R5、R6、R7为LED的限流电阻,需分别调整阻值大小,使三种颜色均衡。
驱动多只LED时,可先串联再并联,此时由于工作电流增大,降压电容的数值也需相应增大。
第四章电路制作及调试
4.1电路制作及元器件的安装
这里我采用万用印制电路板对电路进行安装制作,首先在万用板上进行电路排版,然后按照元器件的安装要从上到下,从左到右,先特殊再一般,先装低矮、耐热的元件,最后装集成电路。
应按如下步骤进行焊接与安装:
1.清查元器件的数量及质量,并及时更换不合格的元件。
2.由孔距确定元件的安装方式,电阻器采用卧式安装,瓷片电容器、电解电容器采用立式安装,并都要求紧贴电路板。
3.插装HL4929芯片时务必小心,引脚全部插进后再焊接,并注意与散热器的孔位吻合。
各焊点加热时间及用锡量要适当,防止虚焊、假焊及短路,焊后剪去多余引脚,并检查所有焊点,确认无误后方可通电测试。
同时还要注意二极管正负级以及电路板的接线,不得有误。
4.2电路的测试
全部元器件及插件焊接完后,经过认真仔细检查后方可通电测试,调试过程中要用1:
1隔离变压器接入AC220V电路中,以防触电。
用万用表直流电压档测量经整流滤波后的电压,当接上电源后,观察发光二极管是否发光,如果发光说明电路是正确的。
当发光二极管开始跳变时,每次所需的电压值就不同,经测最大电压为9.4V,此时产生蓝色光,最小电压为5.65V此时发出红绿蓝三色光。
然后再调节芯片的两个分频设置端上的开关,若能够根据所调节的速度使发光二极管产生不同顺序的色彩,说明此设计正确。
结论
护栏灯LED多彩电路的设计采用特殊芯片增设稳压保护,延长产品的使用寿命。
灯体两端LED灯无眩光,可多彩变幻,抗冲击力极好,防尘,防潮,耐压比日光灯式的更柔和,又具有霓虹灯式的明艳及动感外配大功率主控箱及驱动器。
可单个或多个组合使用,也可多栋建筑色彩同步变幻无辐射,散热好。
本设计特别适合应用于广告牌背景、立交桥、河、湖护栏、建筑物轮廓等大型动感光带之中,可产生彩虹般绚丽的效果。
事实证明,它已经成为照明产品中的一只奇葩,绽放在动感都市。
其节能珥与艳丽的颜色和七彩梦幻般的变化,是新世纪户外装饰工程的主导方向。
致谢
在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识。
在整个项目开发过程中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦,相信会对今后的学习、工作、生活有非常重要的影响。
经过一段时间的设计与制作,在老师的大力支持和细心指导下,本次毕业设计终于完成了,在此我要对带我毕业设计的王志强老师真诚的说声谢谢,在设计期间,是你细心的给我讲解,让我从不懂到懂,而且在设计时给我提供了很多免费的器材,最重要的是在你百忙之中每次都不怕麻烦的抽时间给我耐心的讲解,虽然这个项目还不是很完善,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。
在此我要说:
“王老师,谢谢你,你辛苦了”。
除此这外我还要感谢平时给我讲解的其他老师,是你们给予了我必要的指导和支持,同时我还要谢谢我的同学们,是你们平时给我指出很多错误,使我在错误中取得了经验,谢谢你们了。
参考文献
[1]华成英诗白主编.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社,2006
[2]张洪润主编.电子线路与电子技术.北京.清华大学出版社,2006
[3]杨恒主编.LED照明驱动电路设计与实例精选.北京.中国电力出版社,2008
[4]王一群.电子技术及制作.福建.福建科技出版社,2004
[5]郑应光主编.模拟电子线路
(一).南京.东南大学出版社,2004
[6]郑应光主编.模拟电子线路
(二).南京.东南大学出版社,2005
附录1护栏灯LED多彩整体电路图
附录2元件明细表
名称
型号及阻值
数量(个)
电阻
100/3W
1
电阻
470K
1
电阻
2M
1
电阻
47K
1
电阻
20K
1
电阻
100Ω
3
电容
0.47uf/630V
1
电容
47uf
1
瓷片电容
103
2
瓷片电容
104
1
二极管
IN4007
4
发光二极管
6
芯片
HL4929
1
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