專利名稱：顏色可隨機(jī)變化的256色彩燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝飾燈具領(lǐng)域，具體涉及一種顏色連續(xù)可調(diào)的裝飾燈具。
背景技術(shù)：
目前，燈具市場上顏色可調(diào)節(jié)的燈具種類較少，而且顏色一般不超過七種。在調(diào)節(jié)顏色過程中，現(xiàn)有燈具大多使用熒光燈管或多個發(fā)光器件構(gòu)成光源，能耗較高。已有的多彩燈具的顏色變化原理及實現(xiàn)方式為改變紅、綠、藍(lán)三基色燈泡的電壓，三種顏色的燈泡是同時亮的，只是由于亮度不同混合出不同的顏色；對于七色彩燈，一段時間內(nèi)，三色燈泡同時亮，另一段時間內(nèi)只亮其中的一個或者兩個燈泡。其色彩單調(diào)，不能連續(xù)變化，視覺效果不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種顏色可隨機(jī)變化的256色彩燈，解決現(xiàn)有的顏色可調(diào)節(jié)的燈具顏色種類少、不能連續(xù)變化、視覺效果不夠理想、能耗較高的問題，提供一種顏色連續(xù)可調(diào)、色彩豐富、能耗低的裝飾燈具，其顏色可以自動調(diào)節(jié)，也可以手動調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，具體包括電源模塊、紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管和燈罩，其特征在于該燈具設(shè)有控制模式選擇單元、用戶輸入單元、模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)化單元、微處理單元和二極管驅(qū)動單元，所說的控制模式選擇單元為撥段開關(guān)，所說的用戶輸入單元為電位器，所說的模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)化單元為八位或八位以上的模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片，該芯片包括轉(zhuǎn)換啟動信號引腳、轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號引腳、數(shù)字量輸出引腳、數(shù)據(jù)輸出允許控制引腳，所說的微處理單元為單片機(jī)，所說的二極管驅(qū)動單元為非門集成芯片；撥段開關(guān)的兩端分別連接到低電平和高電平，撥段開關(guān)的中端連接到單片機(jī)的一個I/O引腳，決定燈具的工作模式為手動顏色調(diào)節(jié)模式或自動顏色調(diào)節(jié)模式，電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器的中端連接到模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的一個由地址輸入控制端控制該引腳輸入有效的引腳；模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的轉(zhuǎn)換啟動信號引腳連接到單片機(jī)的一個I/O引腳，由單片機(jī)通過程序驅(qū)動，轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號引腳連接到單片機(jī)的一個I/O引腳，將轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號傳送給單片機(jī)，數(shù)字量輸出引腳分別連接到單片機(jī)相應(yīng)的I/O引腳，將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入給單片機(jī)，數(shù)據(jù)輸出允許控制引腳連接到單片機(jī)的一個I/O引腳，由單片機(jī)控制模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的數(shù)據(jù)輸出；單片機(jī)的三個I/O引腳分別連接到非門集成芯片的三個輸入引腳，非門集成芯片的三個輸出引腳分別連接紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管的陰極引腳，通過非門共陽控制發(fā)光二極管的點亮，紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管接受非門集成芯片送來的脈沖，按一定的順序和時間點亮，從而使燈具發(fā)出不同的顏色。
本發(fā)明可以通過用戶輸入單元手動調(diào)節(jié)顏色，也可以通過微處理單元自動調(diào)節(jié)顏色，通過一個撥段開關(guān)，可以方便地在兩種控制模式間進(jìn)行切換。在手動顏色調(diào)節(jié)模式下，本發(fā)明可通過旋轉(zhuǎn)電位器實現(xiàn)顏色的連續(xù)調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)電位器一周，燈的顏色逐漸變化，經(jīng)歷紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫以及其中的過渡顏色；在自動顏色調(diào)節(jié)模式下，本發(fā)明可通過微處理單元控制顏色自動改變，而且顏色的變化和顏色的呈現(xiàn)時間是隨機(jī)的，即觀察者既不知道下一刻燈會是什么顏色，也不知道這種顏色會持續(xù)多久，給人一種魔幻浪漫的感覺。
本發(fā)明還具有以下優(yōu)點使用一個電位器旋紐即可手動調(diào)節(jié)顏色，簡單方便，顏色調(diào)節(jié)連續(xù)性好，覆蓋顏色多；使用三個大功率發(fā)光二極管，功耗低，工作可靠，壽命長；自動調(diào)節(jié)顏色實現(xiàn)了燈的顏色的變化和顏色的呈現(xiàn)時間隨機(jī)變化，具有夢幻般的色彩。


圖1本發(fā)明燈具的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2本發(fā)明燈具的電路原理示意圖；圖3本發(fā)明燈具的控制流程示意圖；圖4立方體顏色模型；圖5三相正弦交流電顏色模型；圖6正三角錐顏色模型。
具體實施例方式
圖1為燈具結(jié)構(gòu)框圖，圖中1為電源模塊，2為紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管，R-LED為紅色，G-LED為綠色，B-LED為藍(lán)色，3為控制模式選擇單元，4為用戶輸入單元，5為模擬量/數(shù)字量(A/D)轉(zhuǎn)化單元，6為微處理單元，7為二極管驅(qū)動單元。
本發(fā)明的電源模塊1將220V50Hz的交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電對整個系統(tǒng)供電，選用可將220V50Hz的交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電、輸出功率1W或1W以上的模塊電源或者開關(guān)電源，例如可選用利德華福HAS2.5-5.WED；控制模式選擇單元3采用一撥段開關(guān)，撥段開關(guān)的兩端分別連接到低電平和高電平，中端連接到微處理單元6的一個I/O引腳，撥段開關(guān)輸入0或1到微處理單元的一個I/O口，決定燈具的工作模式為手動調(diào)節(jié)顏色模式，或者自動調(diào)節(jié)顏色(隨機(jī))模式；用戶輸入單元4采用一電位器，電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器旋轉(zhuǎn)到不同位置輸出不同的模擬量，電位器選用機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度270°-360°為宣，功率越小越好，例如，可以選用RA16Y型、0.5W電位器，其機(jī)械角度290°，外形尺寸φ16.5MM；模擬量/數(shù)字量(A/D)轉(zhuǎn)化單元5將電位器送來的模擬量A轉(zhuǎn)化為數(shù)字量D后，輸入到微處理單元6，模擬量/數(shù)字量(A/D)轉(zhuǎn)化單元為八位或八位以上的模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片，例如，可以采用ADC0809芯片，或任何類似ADC0809之類的八位或八位以上的模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片；所說的微處理單元6采用單片機(jī)，例如可以采用AT89C51或AT89C52芯片，單片機(jī)帶有產(chǎn)生對應(yīng)三基色大功率發(fā)光二極管的點亮?xí)r間及其混合顏色持續(xù)時間的偽隨機(jī)數(shù)程序(具體控制流程參見圖3)，單片機(jī)6接收撥段開關(guān)3的控制信號和模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片5轉(zhuǎn)化的數(shù)字量，通過程序控制二極管驅(qū)動單元7；所說的二極管驅(qū)動單元采用非門集成芯片，例如可以采用非門74LS04，非門集成芯片7接收單片機(jī)6送來的信號進(jìn)而確定是否點亮二極管2；紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管R、G、B受非門集成芯片7的控制按一定規(guī)律亮滅，在燈罩和視覺惰性的作用下顯示出某一種顏色。上述模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)化單元和微處理單元可以合二為一，只使用一片帶模數(shù)轉(zhuǎn)化的微處理芯片，例如飛利普的P87LPC768。
圖2為燈具電路原理示意圖，撥段開關(guān)的兩端分別連接到低電平和高電平，撥段開關(guān)輸入1(或0)到單片機(jī)6的I/O口時，燈具的工作模式為手動顏色調(diào)節(jié)模式；輸入0(或1)時，燈的工作模式為隨機(jī)模式。電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器的中端連接到模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片5的一個引腳，例如INO，由地址輸入控制端控制該引腳輸入是否有效，對本實施例而言，ADDA、ADDB和ADDC為三個地址輸入控制端，其全部為低電平時，INO輸入有效。模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片5的轉(zhuǎn)化啟動信號引腳START連接到單片機(jī)6的一個I/O引腳，由單片機(jī)通過程序驅(qū)動，具體控制流程參見圖3。EOC為A/D轉(zhuǎn)化結(jié)束標(biāo)志位，輸入到單片機(jī)6的一個I/O口，當(dāng)單片機(jī)檢測到A/D轉(zhuǎn)化結(jié)束后，將轉(zhuǎn)化結(jié)果通過數(shù)字量輸出端D0-D7輸入到單片機(jī)的八個I/O口。模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片5的數(shù)據(jù)輸出允許控制引腳OE(或控制A/D是否工作的片選信號引腳CS)連接到單片機(jī)6的一個I/O引腳，由單片機(jī)控制模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的數(shù)據(jù)輸出。單片機(jī)6的三個I/O引腳分別連接到74LS04非門集成芯片7的三個輸入引腳。非門集成芯片的三個輸出引腳分別連接紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管R、G、B的陰極引腳，由于大功率發(fā)光二極管的電流很大，本發(fā)明通過非門共陽控制發(fā)光二極管的點亮。所說的紅、綠、藍(lán)三種顏色的發(fā)光二極管R、G、B接受74LS04非門集成芯片送來的脈沖，按一定的順序和時間來點亮，從而使燈具發(fā)出不同的顏色。
上述模塊和芯片其它引腳的連接方式按照該器件公知的連接方式進(jìn)行連接，例如，模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)化單元的CLK為A/D轉(zhuǎn)化的工作脈沖，可以由單片機(jī)的一個控制腳CTNL0經(jīng)過分頻得到或單獨的CLK源輸入。
圖3為燈具的控制程序示意圖，開機(jī)后進(jìn)行初始化偽指令，給源程序中的符號以標(biāo)示，例如STAR EQU P3.0，EOC EQU P3.1等；然后進(jìn)行模式判斷，根據(jù)撥段開關(guān)送來的值是0還是1決定進(jìn)入手動顏色調(diào)節(jié)模式還是隨機(jī)模式。如進(jìn)入手動顏色調(diào)節(jié)模式子程序，首先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，將電位器輸出的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，由轉(zhuǎn)化來的數(shù)字量查表可以得到三基色大功率發(fā)光二極管的點亮?xí)r間(表是由漸變算法得到的，算法是根據(jù)幾種顏色模型得來，這一過程可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編好程序，由單片機(jī)進(jìn)行處理)，依照點亮?xí)r間依次點亮紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管，點亮結(jié)束后再次進(jìn)入模式判斷狀態(tài)，如此循環(huán)。如進(jìn)入顏色隨機(jī)模式子程序，產(chǎn)生兩個八位偽隨機(jī)數(shù)，分別對應(yīng)三基色大功率發(fā)光二極管的點亮?xí)r間和這種顏色的持續(xù)時間(其中一個查表得到三基色大功率發(fā)光二極管的點亮?xí)r間，另外一個對應(yīng)這種顏色的持續(xù)時間)，依照點亮?xí)r間依次點亮三基色大功率發(fā)光二極管，顯示一種隨機(jī)顏色；判斷顏色的持續(xù)時間是否到，沒到則繼續(xù)顯示這種顏色，到了則再次進(jìn)入模式判斷狀態(tài)，如此循環(huán)。
在手動顏色調(diào)節(jié)模式下，通過旋轉(zhuǎn)電位器旋鈕輸入不同的模擬量，經(jīng)過ADC0809芯片轉(zhuǎn)化為不同的數(shù)字量后，送給單片機(jī)的P1口，單片機(jī)計算出對應(yīng)的紅、綠、藍(lán)三種顏色大功率發(fā)光二極管的點亮?xí)r間后，從P0.0、P0.1、P0.2口送出相應(yīng)的脈寬，依次點亮三種顏色的二極管，發(fā)光二極管的點亮?xí)r間都在微秒級，遠(yuǎn)小于人眼的視覺暫留時間0.05秒至0.2秒，由于人眼的視覺惰性觀察者看到的是紅、綠、藍(lán)三種顏色混合出來的一種顏色。一種顏色的持續(xù)時間由電位器在某一位置的停留時間決定，當(dāng)電位器固定不動時，顏色保持不變，當(dāng)手動旋轉(zhuǎn)電位器時，顏色產(chǎn)生相應(yīng)變化。電位器旋轉(zhuǎn)一周，燈的顏色逐漸變化，經(jīng)歷紅橙黃綠青藍(lán)紫以及其中的任意過渡顏色，幾乎涵蓋了人眼可識別的所有顏色。例如當(dāng)電位器輸入的電壓為0V時，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后為0，查R、G、B點亮?xí)r間表得到255，0，0，顯示為紅色。
在隨機(jī)模式下，通過一個偽隨機(jī)數(shù)程序不斷地產(chǎn)生一對對隨機(jī)數(shù)，其中第一個對應(yīng)三基色大功率發(fā)光二極管的點亮?xí)r間，第二個對應(yīng)紅、綠、藍(lán)三種顏色混合出來的一種顏色的持續(xù)時間。燈在單片機(jī)的控制下顏色會自動隨機(jī)改變，一種顏色的點亮?xí)r間可以是0.5秒至2秒之間的隨機(jī)數(shù)，即觀察者既不知道下一刻燈會是什么顏色，也不知道這種顏色會持續(xù)多久，給人一種魔幻浪漫的感覺。
一種顏色的持續(xù)時間(即模擬電位器在每一個位置停留的時間)可設(shè)定為0.5秒至2秒之間的隨機(jī)數(shù)(random)，例如，0.5、0.6、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0秒(得到的隨機(jī)數(shù)random為0-255，加1后為1-256，0.5+1.5*random/256即可得到點亮?xí)r間)。
撥段開關(guān)中端連接單片機(jī)P3.5口，兩側(cè)分別接低電平和高電平，單片機(jī)在每個微秒級的工作周期內(nèi)查詢P3.5口的狀態(tài)一次，從而實現(xiàn)兩種狀態(tài)間的切換。
本發(fā)明的有益效果是一、僅一個電位器旋紐就可以手動調(diào)節(jié)燈的顏色逐漸變化，而且顏色涵蓋了人眼可識別的所有顏色，使用大功率發(fā)光二極管功耗低，可靠性好、壽命長；二、實現(xiàn)了燈的顏色和點亮?xí)r間隨機(jī)任意性，賦予其夢幻色彩。
上述燈具中，紅、綠、藍(lán)三種顏色的發(fā)光二極管應(yīng)當(dāng)依次點亮，每個點亮周期內(nèi)三種顏色的二極管點亮?xí)r間之和不大于人眼視覺暫留時間0.05秒至0.2秒，即可產(chǎn)生較好的變色效果，作為一種具體實施方案，本發(fā)明設(shè)定其不大于0.02秒，例如，0.02秒、0.015秒、0.01秒、0.005秒等都是可以選擇的方案。呈現(xiàn)的顏色的是紅、綠、藍(lán)三種顏色的發(fā)光二極管點亮?xí)r間的比例(前提是一個周期內(nèi)三者點亮?xí)r間之和不大于0.02秒)，例如，當(dāng)三種顏色的二極管點亮的比例R∶G∶B＝1∶0∶0時為紅色，當(dāng)R∶G∶B＝0∶1∶0時為綠色，當(dāng)R∶G∶B＝0∶0∶1時為蘭色，當(dāng)R∶G∶B＝1∶1∶1時為白色，當(dāng)R∶G∶B＝1∶1∶0時為黃色，當(dāng)R∶G∶B＝1∶0∶1時為紫色，當(dāng)R∶G∶B＝0∶1∶1時為青色。兩種顏色的二極管同時點亮與不亮，其混合顏色并沒有什么不同，關(guān)鍵問題是一個周期(三基色大功率發(fā)光二極管依次點亮?xí)r間之和)內(nèi)三者點亮?xí)r間的比值，若有時兩者或者三者同時亮，理論上也行，但實際上帶來新的問題系統(tǒng)的功率是變化的，燈的亮度是變化的，而亮度某種程度上影響顏色，顯示效果會變壞；功率有些時刻超過1W，電源模塊1的功率應(yīng)加大，例如從1.5W增加到2.5W(若頂多只有兩燈同時亮)或者5W(若有三燈同時亮)，成本增加而效果并未得到改進(jìn)。
本發(fā)明可以有256種顏色，對應(yīng)有256組R、G、B點亮?xí)r間比例，它們是利用顏色模型做出一個表的。在隨機(jī)模式下，先產(chǎn)生兩個隨機(jī)數(shù)，第一個對應(yīng)數(shù)組的序號(也就是R、G、B點亮?xí)r間，對應(yīng)一種顏色)，第二個隨機(jī)數(shù)對應(yīng)持續(xù)呈現(xiàn)這種顏色的時間。某種顏色對應(yīng)的發(fā)光二極管點亮?xí)r間漸變的方案可以按照現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計，例如可以采用的方案有1.立方體顏色模型如圖4所示，以RGB為坐標(biāo)軸的單位立方體內(nèi)，每個點的坐標(biāo)對應(yīng)三個燈管的點亮?xí)r間，生成一種顏色，1--7點依次對應(yīng)紅色、黃色、綠色、青色、蘭色、品紅、白色，8位A/D轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量從0遞增到255，相應(yīng)的顏色坐標(biāo)從1連續(xù)過渡到7。
2.三相正弦交流電模型如圖5所示，借用三相正弦交流電中三相電流或電壓的模型，在三相正弦交流電中，A、B、C三相電壓如下
uA＝UmsinωtuB＝Umsin(ωt-120°)uC＝Umsin(ωt-240°)＝Umsin(ωt+120°)三相交流電的一個重要特性是任意時刻三相之和為0，若每一相都加上Um，則任意時刻之和為3Um。
3.正三角錐模型如圖6所示，結(jié)合方案一和方案二中的兩個模型，保持三者點亮?xí)r間之和不變，且遍歷所有的可能。在圖6中由R1、G1、B1構(gòu)成的三角形面上，三者之和保持不變，每一點均代表一種顏色，因此只須將三角形不重復(fù)地覆蓋一次即可。工作過程為A/D轉(zhuǎn)化后的8位數(shù)據(jù)---->查表(由顏色模型得到)得到R、G、B點亮?xí)r間---->依次點亮三基色大功率LED就可以顯示所要的顏色了。
權(quán)利要求
1.一種顏色可隨機(jī)變化的256色彩燈，包括電源模塊(1)、紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管(2)和燈罩，其特征在于該燈具設(shè)有控制模式選擇單元(3)、用戶輸入單元(4)、模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)化單元(5)、微處理單元(6)和二極管驅(qū)動單元(7)，所說的控制模式選擇單元(3)為撥段開關(guān)，所說的用戶輸入單元(4)為電位器，所說的模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)化單元(5)為八位或八位以上的模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片，該芯片包括轉(zhuǎn)換啟動信號引腳、轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號引腳、數(shù)字量輸出引腳、數(shù)據(jù)輸出允許控制引腳，所說的微處理單元(6)為單片機(jī)，所說的二極管驅(qū)動單元(7)為非門集成芯片；撥段開關(guān)的兩端分別連接到低電平和高電平，撥段開關(guān)的中端連接到單片機(jī)(6)的一個I/O引腳，決定燈具的工作模式為手動顏色調(diào)節(jié)模式或自動顏色調(diào)節(jié)模式，電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器的中端連接到模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片(5)的一個由地址輸入控制端控制該引腳輸入有效的引腳；模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片(5)的轉(zhuǎn)換啟動信號引腳連接到單片機(jī)(6)的一個I/O引腳，由單片機(jī)通過程序驅(qū)動，轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號引腳連接到單片機(jī)(6)的一個I/O引腳，將轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號傳送給單片機(jī)(6)，數(shù)字量輸出引腳分別連接到單片機(jī)(6)相應(yīng)的I/O引腳，將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入給單片機(jī)，數(shù)據(jù)輸出允許控制引腳連接到單片機(jī)(6)的一個I/O引腳，由單片機(jī)(6)控制模/數(shù)轉(zhuǎn)化芯片(5)的數(shù)據(jù)輸出；單片機(jī)的三個I/O引腳分別連接到非門集成芯片(7)的三個輸入引腳，非門集成芯片(7)的三個輸出引腳分別連接紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管(2)的陰極引腳，通過非門共陽控制發(fā)光二極管的點亮，紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管(2)接受非門集成芯片(7)送來的脈沖，按一定的順序和時間點亮，從而使燈具發(fā)出不同的顏色。
2.如權(quán)利要求1所述的顏色可隨機(jī)變化的256色彩燈，其特征在于紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管(2)依次點亮，每個點亮周期內(nèi)三種顏色的二極管點亮?xí)r間之和不大于0.02秒。
全文摘要
一種顏色可隨機(jī)變化的256色彩燈，具體包括電源模塊、紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管、燈罩、控制模式選擇單元、用戶輸入單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)化單元、微處理單元和二極管驅(qū)動單元。紅、綠、藍(lán)三基色大功率發(fā)光二極管(2)依次點亮，每個點亮周期內(nèi)三種顏色的二極管點亮?xí)r間之和不大于0.02秒。使用一個電位器旋紐即可手動調(diào)節(jié)顏色，簡單方便，顏色調(diào)節(jié)連續(xù)性好，覆蓋顏色多；使用三個大功率發(fā)光二極管，功耗低，工作可靠，壽命長；自動調(diào)節(jié)顏色實現(xiàn)了燈的顏色的變化和顏色的呈現(xiàn)時間隨機(jī)變化。
文檔編號F21Y101/02GK1888522SQ200610200718
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者孫德輝, 任榮文, 劉風(fēng)然 申請人:北方工業(yè)大學(xué)