护栏灯LED多彩电路设计_毕业设计说明书.doc

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5060hz。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，20062 张洪润主编.电子线路与电子技术.北京.清华大学出版社，20063 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，20084 王一群.电子技术及制作.福建.福建科技出版社，20045 郑应光主编.模拟电子线路(一).南京.东南大学出版社，20046 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 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)目 录摘 要1第一章 绪 论21.1 三路七彩发光数码管的概述21.2 设计的目的与意义21.3 设计的内容及解决问题的方法3第二章 方案选择42.1 电源电路42.2 三路七彩电路4第三章 单元电路设计63.1 电源电路设计63.1.1 降压电路63.1.2 直流稳压电路73.2 三路七彩输出电路设计83.3 整机原理图及工作原理9第四章 电路制作及调试104.1 电路制作及元器件的安装104.2 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 14 页 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：降压电路限流电路稳压滤波整流电路220v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2-2：三路七彩输出控制电路七彩led显示电路318vv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318v，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624v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。220v降压电路限流电路稳压滤波整流电路三路七彩输出控制电路七彩led显示电路318vv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：r3r2ac22vr0r1c1dw1r4c4c5c2c3+in4007x40.47uf/630vvd1 d4 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220v ac 50hz）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3-3 hl4929管脚图其引脚功能如表3-1所示：表3-1 hl4929引脚功引脚12345678符号q1finhlgndq3vddq2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）0.64h=0（接vss）l=1（接vdd 或悬空）1.28h=1（接vdd 或悬空）l=0（接vss）2.56h=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1234567q1rrrrq2ggggq3bbbb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318v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