摘要：針對傳統照明光源不能調色或調光深度不足的現象，選用功率為1 W的三基色發光二極管（RGB LED）為燈體，基于無線遙控和智能控制技術，通過PWM技術實現了LED燈白光的亮度調節、魔幻變色的自由切換及單色光輸出的功能。系統由電源電路、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發生器，驅動低開啟電壓的NMOS管以實現調光與調色。通過程序的巧妙設計實現了在0~360°過渡時無明顯顏色跳變的現象。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

　　發光二極管（Light Emitting Diode,LED）是一種新型的固態半導體發光器件，可以直接將電能轉化為光能。與其他光源相比，除了眾所周知的節能和環保等優點外， 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展潛力，成為近年來研究的熱點［12］。

　　傳統的光源，如白熾燈、熒光燈、節能燈、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發光體進行控制，實現三色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燈珠串聯供電。硬件的具體電路如圖2所示，包括以下4部分電路。

　　（1）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。

　　（2）CPU電路設計

　　考慮系統成本，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。　

　　在本系統中，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VCC。

2軟件設計

　　（1）紅外信號接收中斷流程圖

　　本系統的紅外遙控器是市面上較為通用的遙控器，其發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,其中斷函數流程如圖5和圖6所示。

　　（2）PWM技術實現調光原理

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

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

　　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N1和高電平時間參數N2，其中N1+N2=100，低電平時間t1=N1*t0，高電平持續時間為t2=N2*t0，周期為T=t1+t2=20 ms。那么N1、N2內數據就決定了占空比，即占空比=N2/(N1+N2)，PWM波形如圖7所示［6］。

　　（3）PWM技術實現調色原理

　　本系統涉及三路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/計數器t0的0.2 ms中斷服務程序流程圖。

3功能實現方法及測試結果

　　本系統設計了12個按鍵，通過PWM技術實現開燈、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。

　　實現無極調色的方法是：給定三組不同的N1、N2后，讓其自動循環變化。

　　實現停止變色的方法是：控制PWM程序，三組N1、N2不再改變。

　　實現白光的方法是：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，需要事先調整好。

　　實現紅光的方法是：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。紫光和青光的實現方法同黃光。

　　另外，要實現其他各種顏色，可將紅、綠、藍三種顏色按比例混合輸出，就可實現多彩的顏色。經測試，本系統所設計的無線遙控LED調光調色燈實現了上述的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，實現了LED燈白光的亮度調節、魔幻變色的自由切換及單色光輸出的功能。本系統采用低成本的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，性能穩定可靠，可供該產品設計以參考。

參考文獻

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