高逼真火焰燈及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了高逼真火焰燈及其實(shí)現(xiàn)方法。主要解決現(xiàn)有的火焰燈產(chǎn)生的火焰效果差且成本高的問(wèn)題。高逼真火焰燈包括由多個(gè)LED燈珠組成的并均勻設(shè)于PCB板上的調(diào)光回路點(diǎn)陣陣列，所述點(diǎn)陣陣列的每列為由多顆LED燈珠相互串聯(lián)組成的一個(gè)控制組，還包括控制每個(gè)控制組工作的中央控制模塊；高逼真火焰燈由數(shù)幀靜態(tài)火焰形態(tài)的畫(huà)面通過(guò)快速掃描來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)火焰效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅仿真的動(dòng)態(tài)火焰真實(shí)，成本低廉，并且在此基礎(chǔ)上還可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整控制組組數(shù)和控制組的LED燈珠顆數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同大小的仿真效果。
【專利說(shuō)明】高逼真火焰燈及其實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)合電子學(xué)、美學(xué)、光學(xué)、軟件及高速自動(dòng)控制的高逼真火焰燈及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于LED照明裝飾領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]火焰燈作為一種高逼真的火焰發(fā)光裝置，因其沒(méi)有實(shí)際可燃物產(chǎn)生的化學(xué)成分對(duì)人體產(chǎn)生危害和產(chǎn)生火災(zāi)危害，被廣泛用于大型的宴會(huì)、街道、時(shí)尚家居等場(chǎng)所，因其設(shè)計(jì)巧妙，栩栩如生，“火焰”的跳動(dòng)跟真的火一樣，所以在諸多的場(chǎng)所作為裝飾并受到大眾的青睞，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，目前市場(chǎng)上通用的火焰燈分為兩種，一種為由燈座體、布帶、照明燈、及風(fēng)扇組成的火焰燈，由一個(gè)照明燈產(chǎn)生光源，光源上采用布帶飄動(dòng)的方式仿真火焰，這種火焰燈一般照明不能調(diào)光，所以產(chǎn)生的火焰效果不真實(shí)，光氛圍效果差，并且因其構(gòu)造復(fù)雜，必將使成本居高不下；另外還有一種是比較常見(jiàn)的不能動(dòng)態(tài)顯示的LED火焰燈，此種火焰燈所產(chǎn)生的火焰效果極差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供高逼真火焰燈及其實(shí)現(xiàn)方法，主要解決現(xiàn)有的火焰燈產(chǎn)生的火焰效果差且成本高的問(wèn)題。通過(guò)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高逼真的各種燃燒體形態(tài)的火焰光，方便用于多種場(chǎng)合。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
高逼真火焰燈，包括由多個(gè)LED燈珠組成的并均勻設(shè)于PCB板上的調(diào)光回路點(diǎn)陣陣列，所述點(diǎn)陣陣列的每列為由多顆LED燈珠相互串聯(lián)組成的一個(gè)控制組，還包括控制每個(gè)控制組工作的中央控制模塊。
[0005]具體地，所述中央控制模塊包括中央控制器MCU，與MCU連接的用于控制每個(gè)控制組的LED燈珠電流的恒流驅(qū)動(dòng)芯片，與MCU連接的譯碼器，與譯碼器連接的用于控制每個(gè)控制組電壓通斷的開(kāi)關(guān)電路控制組。
[0006]為了使本發(fā)明能達(dá)到立體動(dòng)態(tài)的仿真效果，所述每顆LED燈珠均勻排列在PCB板上并與PCB板呈45度。
[0007]更進(jìn)一步地，所述MCU采用Cortex-M3 STM32F103RE，恒流驅(qū)動(dòng)芯片采用TLC5941，譯碼器采用74HC138。
[0008]再進(jìn)一步地，所述控制組為16個(gè)，每個(gè)控制組由16顆LED燈珠相互串聯(lián)組成，且PCB板采用4層設(shè)計(jì)，LED燈珠組成的火焰窗口分別排列于PCB板的正反兩面且正反兩面呈對(duì)稱設(shè)置，所述屬于同一控制組的LED燈珠相互串聯(lián)由TLC5941的一輸出引腳控制，設(shè)于PCB板正反兩面并且處于同一位置的兩個(gè)控制組相互并聯(lián)由一組開(kāi)關(guān)電路控制組控制。
[0009]另外，所述LED燈珠采用2700K色溫，且每個(gè)LED燈珠均具有4096個(gè)亮度等級(jí)。
[0010]高逼真火焰燈的實(shí)現(xiàn)方法，由數(shù)幀靜態(tài)火焰形態(tài)的畫(huà)面通過(guò)快速掃描來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)火焰效果，其具體步驟為: (a)每一幀靜態(tài)火焰根據(jù)火焰外觀形態(tài)設(shè)計(jì)出來(lái)并取模；
(b)每一幀靜態(tài)火焰由多個(gè)控制組構(gòu)成的LED點(diǎn)陣屏上進(jìn)行顯示；
(c)下一幀靜態(tài)火焰在前一幀的靜態(tài)火焰的基礎(chǔ)上做微小變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)火焰的效果。
[0011]具體地，所述步驟(b)中，顯示的每一幀靜態(tài)火焰是由多個(gè)控制組的LED燈珠被循環(huán)點(diǎn)亮實(shí)現(xiàn)的，其具體步驟為:
(il)恒流驅(qū)動(dòng)芯片每次控制一個(gè)控制組的LED燈珠發(fā)光；
(?2)在限定的時(shí)間內(nèi)，恒流驅(qū)動(dòng)芯片控制下一個(gè)控制組的LED燈珠發(fā)光，同時(shí)控制上一個(gè)控制組的LED燈珠滅，實(shí)現(xiàn)在每一個(gè)控制組的LED燈珠被循環(huán)點(diǎn)亮，即實(shí)現(xiàn)一幀靜態(tài)火焰畫(huà)面；
所述恒流芯片每次還對(duì)一個(gè)控制組里的每一個(gè)LED燈珠進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。
[0012]進(jìn)一步地，所述火焰外觀取模參考真實(shí)火焰的物理燃燒形態(tài)，將火焰由內(nèi)到外，由上到下分為多亮度等級(jí)，從火焰飄動(dòng)和火焰亮度分布兩個(gè)方面來(lái)考慮每一幀靜態(tài)火焰的取模。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明提供一種真正從光型和光強(qiáng)去仿真燃燒性質(zhì)火焰，達(dá)到溫馨浪漫效果，同時(shí)避免實(shí)際可燃物產(chǎn)生的化學(xué)成份對(duì)人體產(chǎn)生的危害和火災(zāi)的危險(xiǎn)，安全、環(huán)保、極具科技感。
[0014](2)本發(fā)明高仿動(dòng)態(tài)火焰光，照明的火焰光可方便用于室內(nèi)室外等場(chǎng)合，不受使用場(chǎng)所的限制。
[0015](3)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅仿真的動(dòng)態(tài)火焰真實(shí)，并且成本低廉，并且在此基礎(chǔ)上還可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整控制組組數(shù)和控制組的LED燈珠顆數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同大小的仿真效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明中央控制模塊的系統(tǒng)框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明恒流驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖一(輸入)。
[0018]圖3為本發(fā)明恒流驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖二 (輸出)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0020]如圖1所示，高逼真火焰燈，包括由多個(gè)LED燈珠組成的調(diào)光回路點(diǎn)陣陣列，所述點(diǎn)陣陣列的每列為由16顆LED燈珠組成的一個(gè)控制組，因此在本發(fā)明中，燈珠的總數(shù)=N*16，N為可自由增減的LED陽(yáng)極控制組。所有的控制組由中央控制模塊控制。
[0021 ] 在本實(shí)施例中，N為16，LED燈珠的總數(shù)為256顆，每顆LED燈珠排列在PCB板上并與PCB板呈45度，PCB板采用4層設(shè)計(jì)，256顆LED燈珠分為兩組，兩組LED燈珠組成的火焰窗口分別排列于PCB板的正反兩面(即PCB板的頂部)且正反兩面呈對(duì)稱設(shè)置。LED燈珠采用2700K色溫，且每個(gè)LED燈珠均具有4096個(gè)亮度等級(jí)。
[0022]在本發(fā)明中，中央控制模塊包括中央控制器MCU，與MCU連接的用于控制每個(gè)控制組的LED燈珠電流的恒流驅(qū)動(dòng)芯片，與MCU連接的譯碼器，與譯碼器連接的用于控制每個(gè)控制組電壓通斷的開(kāi)關(guān)電路控制組，在本實(shí)施例中，由于有分為兩組的256顆LED燈珠，并且這兩組LED燈珠排列于PCB板的正反兩面，所以，安裝于PCB板正反兩面的并且處于同一位置的兩個(gè)控制組可由一組開(kāi)關(guān)電路控制組控制，這樣可起到節(jié)約成本，并且在PCB板的正反兩面都能得到高逼真的火焰光。因此，本實(shí)施例，共有8組開(kāi)關(guān)電路控制組、1塊恒流驅(qū)動(dòng)芯片，在本實(shí)施例中，MCU選用Cortex-M3 STM32F103RE，恒流驅(qū)動(dòng)芯片采用TLC5941。
[0023]在本發(fā)明中，每個(gè)LED燈珠即為一個(gè)顯示單元，屬于同一控制組的LED燈珠相互串聯(lián)由恒流驅(qū)動(dòng)芯片的一輸出引腳控制，設(shè)于PCB板正反兩面的并且處于同一位置的兩個(gè)控制組相互并聯(lián)由一組開(kāi)關(guān)電路控制組控制，恒流驅(qū)動(dòng)芯片每個(gè)輸出引腳均產(chǎn)生16路電流控制1個(gè)控制組里的16顆LED燈珠，由此組成行驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)關(guān)電路控制組控制每個(gè)控制組的電壓通斷，由此組成列驅(qū)動(dòng)的電路，列驅(qū)動(dòng)電路以固定的頻率依次使位于各位于PCB正反兩面的8列LED燈珠顯示，列驅(qū)動(dòng)電路與行驅(qū)動(dòng)電路以同樣的頻率切換，改變16路顯示單元的亮度值。
[0024]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的功能包括:
l、Cortex-M3 STM32F103RE 與 TLC5941 結(jié)合，Cortex_M3 STM32F103RE 通過(guò)串行接口向TLC5941提供點(diǎn)校正和64級(jí)電流控制，每路最大電流可達(dá)80mA。
[0025]2、Cortex-M3 STM32F103RE與74HC138譯碼器結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)3路轉(zhuǎn)8路開(kāi)關(guān)控制。
[0026]3、74HC138與8個(gè)開(kāi)關(guān)電路控制組結(jié)合，去控制16組LED。
[0027]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法如下:
火焰分為三層，外焰，內(nèi)焰，焰心，對(duì)于光的外觀型態(tài)的特點(diǎn)是外焰弱，內(nèi)焰最亮，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，本發(fā)明的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:它是由幾百幀靜態(tài)火焰形態(tài)的畫(huà)面通過(guò)快速掃描來(lái)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)火焰效果。每一幀靜態(tài)火焰實(shí)現(xiàn)方式是先將火焰外觀形態(tài)設(shè)計(jì)出來(lái)并取模，一幀靜態(tài)火焰是在由8組LED燈珠(每組16顆)構(gòu)成的LED點(diǎn)陣屏上顯示的，TCL5941每次控制一組燈珠發(fā)光，通過(guò)快速掃描，在極短的時(shí)間內(nèi)，8組燈珠被循環(huán)點(diǎn)亮，即實(shí)現(xiàn)一幀靜態(tài)畫(huà)面。下一幀畫(huà)面是在前一幀的基礎(chǔ)之上僅做微小變動(dòng)，這樣前后幀緊密聯(lián)系，就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)火焰的效果。
[0028]其中:火焰外觀形態(tài)取模是參考真實(shí)火焰的物理燃燒形態(tài)，將火焰由內(nèi)到外，由上到下分為多亮度等級(jí)，從火焰飄動(dòng)和火焰亮度分布兩個(gè)方面來(lái)考慮每一幀的取模。從而讓火焰光更細(xì)膩更逼真。
[0029]一巾貞靜態(tài)火焰是由8組(每組16顆)構(gòu)成的LED點(diǎn)陣屏顯示,TCL5941每次對(duì)一組中的每一個(gè)LED燈珠實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，其驅(qū)動(dòng)時(shí)序如圖2所示。通過(guò)MCU的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)每一組LED燈珠的點(diǎn)亮持續(xù)時(shí)間(3ms)的定時(shí)。當(dāng)一組LED燈珠的定時(shí)時(shí)間到了之后，74HC138譯碼器就會(huì)選擇下一組LED燈珠作為點(diǎn)亮對(duì)象，如此在極短的時(shí)間內(nèi)按順序循環(huán)點(diǎn)亮每一組LED燈珠。由于人眼存在視覺(jué)停留，所以我們看不到8組LED燈珠在循環(huán)點(diǎn)亮，看到的而是8組LED燈珠同時(shí)點(diǎn)亮。
[0030]動(dòng)態(tài)火焰效果就是將多幀靜態(tài)火焰連續(xù)放映，由于實(shí)際的物理燃燒是線性的，所以我們?cè)诨鹧嫱庥^形態(tài)取模時(shí)前后幀畫(huà)面跨度極小。對(duì)于每一幀畫(huà)面的點(diǎn)亮持續(xù)時(shí)間(30ms),同樣是采用MCU的定時(shí)器來(lái)定時(shí)。
[0031]如圖2和圖3所示，TCL5941的驅(qū)動(dòng)時(shí)序說(shuō)明:每到一個(gè)SCLK的上升沿，則從SIN管腳瑣存一個(gè)數(shù)據(jù)到輸入串行移位寄存器，當(dāng)所有數(shù)據(jù)都輸入完了，XLAT的高電平把所有輸進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到內(nèi)部寄存器中。串行輸入的數(shù)據(jù)是96位還是192位是由MODE來(lái)控制的，當(dāng)M0DE=1時(shí)，則是進(jìn)入DC模式，即需要輸入6*16=96個(gè)bits，當(dāng)M0DE=0時(shí)，則是進(jìn)入GS模式，即需要輸入12*16=192個(gè)bits。圖2-串行數(shù)據(jù)輸入時(shí)序圖灰度級(jí)PWM循環(huán)開(kāi)始于BLANK的下降沿。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到4097時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，使BLANK信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。其中DC的值控制恒流源恒流的值，即圖2中16個(gè)LED out通道的高電平的值(電流大小)，DC 為 6 位的，所以 I (out) = {I (max)*DCn}/63, DCn 為 0?63，n=0 to 15 ;而 GS 控制輸出恒流時(shí)間的占空比，即在4096個(gè)時(shí)鐘中，輸出恒流的時(shí)間占GS數(shù)據(jù)個(gè)時(shí)鐘，就可把亮度分為 4096 個(gè)灰度級(jí)。用公式 Brightness in %= (GSn/4095) *100，其中 GSn 為 0?4095,η表示16個(gè)通道，取值為(Tl5。SCLK和GSCLK的最大頻率為30MHz，SCLK上升沿采樣。在GS模式下，當(dāng)XLAT為高電平，則數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器瑣存到GS寄存器中，在DC模式下，當(dāng)XLAT為高電平，則數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器瑣存到DC寄存器中。當(dāng)XLAT為低電平，則在GS或者DC寄存器中的數(shù)據(jù)保持不變。
[0032]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說(shuō)明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下，為解決同樣的技術(shù)問(wèn)題，即使在本發(fā)明上做出的一些無(wú)實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤(rùn)色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高逼真火焰燈，其特征在于，包括由多個(gè)LED燈珠組成的并均勻設(shè)于PCB板上的調(diào)光回路點(diǎn)陣陣列，所述點(diǎn)陣陣列的每列為由多顆LED燈珠相互串聯(lián)組成的一個(gè)控制組，還包括控制每個(gè)控制組工作的中央控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高逼真火焰燈，其特征在于，所述中央控制模塊包括中央控制器MCU，與MCU連接的用于控制每個(gè)控制組的LED燈珠電流的恒流驅(qū)動(dòng)芯片，與MCU連接的譯碼器，與譯碼器連接的用于控制每個(gè)控制組電壓通斷的開(kāi)關(guān)電路控制組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高逼真火焰燈，其特征在于，所述每顆LED燈珠均勻排列在PCB板上并與PCB板呈45度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高逼真火焰燈，其特征在于，所述MCU采用Cortex-M3STM32F103RE，恒流驅(qū)動(dòng)芯片采用TLC5941，譯碼器采用74HC138。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高逼真火焰燈，其特征在于，所述控制組為16個(gè)，每個(gè)控制組由16顆LED燈珠相互串聯(lián)組成，且PCB板采用4層設(shè)計(jì)，LED燈珠組成的火焰窗口分別排列于PCB板的正反兩面且正反兩面呈對(duì)稱設(shè)置,所述屬于同一控制組的LED燈珠相互串聯(lián)由TLC5941的一輸出引腳控制，設(shè)于PCB板正反兩面并且處于同一位置的兩個(gè)控制組相互并聯(lián)由一組開(kāi)關(guān)電路控制組控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高逼真火焰燈，其特征在于，所述LED燈珠采用2700K色溫，且每個(gè)LED燈珠均具有4096個(gè)亮度等級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的高逼真火焰燈的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，由數(shù)幀靜態(tài)火焰形態(tài)的畫(huà)面通過(guò)快速掃描來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)火焰效果，其具體步驟為: Ca)每一幀靜態(tài)火焰根據(jù)火焰外觀形態(tài)設(shè)計(jì)出來(lái)并取模； (b)每一幀靜態(tài)火焰由多個(gè)控制組構(gòu)成的LED點(diǎn)陣屏上進(jìn)行顯示； (C)下一幀靜態(tài)火焰在前一幀的靜態(tài)火焰的基礎(chǔ)上做微小變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)火焰的效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高逼真火焰燈的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟(b)中，顯示的每一幀靜態(tài)火焰是由多個(gè)控制組的LED燈珠被循環(huán)點(diǎn)亮實(shí)現(xiàn)的，其具體步驟為: (il)恒流驅(qū)動(dòng)芯片每次控制一個(gè)控制組的LED燈珠發(fā)光； (?2)在限定的時(shí)間內(nèi)，恒流驅(qū)動(dòng)芯片控制下一個(gè)控制組的LED燈珠發(fā)光，同時(shí)控制上一個(gè)控制組的LED燈珠滅，實(shí)現(xiàn)在每一個(gè)控制組的LED燈珠被循環(huán)點(diǎn)亮，即實(shí)現(xiàn)一幀靜態(tài)火焰畫(huà)面； 所述恒流芯片每次還對(duì)一個(gè)控制組里的每一個(gè)LED燈珠進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高逼真火焰燈的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述火焰外觀取模參考真實(shí)火焰的物理燃燒形態(tài)，將火焰由內(nèi)到外，由上到下分為多亮度等級(jí)，從火焰飄動(dòng)和火焰亮度分布兩個(gè)方面來(lái)考慮每一幀靜態(tài)火焰的取模。
【文檔編號(hào)】F21V23/04GK104315453SQ201410671610
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】廖瑞軍, 朱其春, 蒲曉波, 宋軍 申請(qǐng)人:四川通盈能源開(kāi)發(fā)有限公司