CN106764915A - 仿真三维火焰灯及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及灯具领域，具体提供一种仿真三维火焰灯包括一灯壳，灯壳内设有一个卷曲的灯板，可以是圆筒状或者圆锥状。灯板的外表面设有若干LED灯珠。LED灯珠电连接一按照一定时序输出信号控制LED灯珠亮灭、亮度的控制模块。每一LED灯珠分别与控制模块的一个I/O端连接。所述控制模块、LED灯珠连接恒压电源。控制模块按照一定时序输出模拟PWM控制信号在灯板上通过点亮相应的LED灯珠沿横向模拟多个连续的动态火焰图案。本发明仿真三维火焰灯及其控制方法，从周围的任何角度均可观察到逼真的火焰效果，同时仿真三维火焰灯的结构合理、节能，成本低廉。

Description

仿真三维火焰灯及其控制方法
技术领域
本发明涉及灯具领域，具体提供一种仿真三维火焰灯及其控制方法。
背景技术
现有技术仿真火焰灯如CN104315453B号中国专利所公开的高逼真火焰灯，包括由多个LED灯珠组成的并均匀设于PCB板上的调光回路点阵阵列，点阵阵列包括16列、每列16颗串联LED灯珠，每列为一个控制组。恒流驱动芯片TLC5941的一个输出引脚控制一个控制组电压通断。
上述现有技术仿真火焰灯的实现方法，由数帧静态火焰形态的画面通过快速扫描来产生动态火焰效果。每帧静态火焰根据火焰外观形态设计出来并取模。每一帧静态火焰由多个控制组构成的LED点阵屏上进行显示。下一帧静态火焰在前一帧的静态火焰的基础上做微小变动，实现动态火焰的效果。每一帧静态火焰是由多个控制组的LED灯珠被循环点亮实现的。即恒流驱动芯片每次控制一个控制组的LED灯珠发光；在限定的时间内，恒流驱动芯片控制下一个控制组的LED灯珠发光，同时控制上一个控制组的LED灯珠灭，实现在每一个控制组的LED灯珠被循环点亮。
现有技术仿真火焰灯获得的是平面的火焰效果。为了人眼感觉到静态火焰的连续性，LED灯珠每秒至少被循环点亮24次，恒流驱动芯片、LED灯珠等电子元器件均处于高频工作中。高频工作中的电子元器件发热量大，耗电严重，大大缩短使用电池供电时的续航时间。由于电容、电感等电子元气件在高频工作中对电路的反作用，会降低现有技术仿真火焰灯的稳定性。高频工作还会降低电子元器件的使用寿命。由于LED灯珠点亮及熄灭均存在反应时间，为配合高频刷新循环点亮，必须采用高质量的LED灯珠方能实现，进一步增加了制造成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿真三维火焰灯及其控制方法，从周围的任何角度均可观察到逼真的火焰效果，同时仿真三维火焰灯的结构合理、节能，成本低廉。
为了实现上述发明目的，本发明仿真三维火焰灯包括一灯壳，灯壳内设有一个卷曲的灯板，可以是圆筒状或者圆锥状。灯板的外表面设有若干LED灯珠。LED灯珠电连接一按照一定时序输出信号控制LED灯珠亮灭、亮度的控制模块。每一LED灯珠分别与控制模块的一个I/O端连接。所述控制模块、LED灯珠连接恒压电源。
优选地，所述灯板包括一柔性电路板，柔性电路板卷曲装入灯壳内部，柔性电路板的外表面设有若干LED灯珠。所述LED灯珠在灯板的柔性电路板上错位阵列布置。即下一行的LED灯珠横向位于上一行LED灯珠的相邻两个LED灯珠之间。
优选地，所述控制模块的一个I/O端连接一个IR红外信号接收模块。红外信号接收模块用于接收信号调节模拟PWM控制LED灯珠的参数。
优选地，所述控制模块的主控芯片采用Cortex的STM8S005K6T6芯片，模拟PWM控制LED灯珠的亮灭、亮度。控制模块系STM8S005K6T6芯片与恒压电源连接组成的一个STM8S005K6T6芯片小系统：STM8S005K6T6芯片的NRST引脚连接NRST复位开关；NRST复位开关的另一端串接限流电阻后与恒压电源连接，并且串接一个电容后接地；STM8S005K6T6芯片的VSS引脚接地且串接一个电容后连接恒压电源；STM8S005K6T6芯片的VCAP引脚串接一个电容后接地；STM8S005K6T6芯片的VDD引脚、VDDIO引脚、VDDA引脚均与恒压电源连接；STM8S005K6T6芯片的VSSA引脚接地；STM8S005K6T6芯片的I/O端，一个AIN引脚连接滑动变阻器，一个TLI引脚连接IR红外信号接收模块，一个SWIM引脚用于通信及调试，其余I/O端的引脚均可连接LED灯珠并输出模拟PWM信号控制LED灯珠的亮灭、亮度。滑动变阻器、IR红外信号接收模块用于调节LED灯珠构成的动态火焰图案的大小、亮灭、亮度。
优选地，所述LED灯珠应至少包括三行四列12个LED灯珠。LED灯珠的密度越大、数量越多能够获得的火焰效果越逼真，但相应的制造成本会提高。三维火焰效果应保证从任何方向可以看到至少三行三列LED灯珠。事实上三行四列LED灯珠获得的火焰效果已经存在较大失真。LED灯珠数量不少于四行五列20个LED灯珠，才能获得逼真的火焰效果。
本发明仿真三维火焰灯由少量LED灯珠、控制模块、恒压电源组成，结构简单，制造成本低廉。使用恒压电源相对于现有技术使用恒流电源模块的电路简单且廉价。本发明的每一LED灯珠分别与控制模块的一个I/O端连接，控制模块、I/O端信号及LED灯珠低频工作，能耗低，特别适用于使用电池供电的移动式仿真三维火焰灯。低频工作状态下的电子元气件使用寿命更长。使用STM8S005K6T6芯片模拟PWM信号，外围无需连接复杂的电路及元件，即可获得完善的控制功能，还可以扩展连接滑动变阻器、IR红外信号接收模块，丰富火焰大小、亮度调节等功能。电路简单是实现节能、延长电池续航时间的重要条件。LED灯珠在柔性电路板上错位阵列布置时，使用较少的LED灯珠获得了较大的密度感，使用低成本获得更加逼真的火焰效果。
仿真三维火焰灯的控制方法：控制模块按照一定时序输出模拟PWM控制信号在灯板上通过点亮相应的LED灯珠沿横向模拟多个连续的动态火焰图案。
所述动态火焰图案包括焰心部、内焰部、外焰部，从下向上和/或从中间到两侧点亮LED灯珠，并从上到下和/或从两侧到中间熄灭LED灯珠；下一行的LED灯珠亮度大于上一行的LED灯珠亮度；内焰部的LED灯珠亮度大于外焰部的LED灯珠亮度。
优选地，将灯板上的LED灯珠沿横向等分成多个火焰显示区，每个火焰显示区点亮相应的LED灯珠模拟一种动态火焰图案；每个火焰显示区完成一种动态火焰图案的一次循环显示后，将该种动态火焰图案推至下一个火焰显示区点亮，如此循环。
优选地，所述动态火焰图案的焰心部的LED灯珠常亮，内焰部、外焰部的LED灯珠从下向上点亮并从上向下熄灭，相邻LED灯珠的亮灭间隔时间大于0.1秒。眼睛视觉停留的时间一般为0.1秒，当相邻LED灯珠的亮灭间隔时间大于0.1秒时可以感受到火焰跳动的视觉效果。
本发明仿真三维火焰灯的控制方法，将灯板上的LED灯珠沿横向等分成多个火焰显示区，每个火焰显示区点亮相应的LED灯珠模拟一种动态火焰图案，动态火焰图案通过按规则调节LED灯珠的亮灭、亮度获得跳动火焰的视觉效果。多个火焰显示区沿圆周分布，从各个方向均可观测到跳动火焰的视觉效果。将不同种的动态火焰图案在各个火焰显示区之间循环滚动，丰富了每个方向的动态火焰图案，使得火焰视觉效果更加逼真，同时减少了控制指令的行数，使得系统更加稳定。
附图说明
图1为本发明仿真三维火焰灯的结构示意图；
图2为灯泡92的结构示意图；
图3为灯板02的展开结构示意图；
图4为灯板上的LED灯珠布线原理图；
图5为灯板上的控制模块布线原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例进行进一步说明：
如图1所示，本发明仿真三维火焰灯包括一灯泡91及一灯台92，灯泡91安装于灯台92的上端。灯台内装有电池。
如图2所示，所述灯泡91包括一榄核状的灯壳01，灯壳内设有一个圆筒状的灯板02。灯泡通过灯头03与灯台92连接，灯头03上设有正负两极的连接头，与灯台内电池的正负极电连接。所述灯板02为柔性电路板，上面设有若干LED灯珠。
如图3所示，所述灯板上包括A、B、C、D四行a、b、c、d、e五列LED灯珠，共20个LED灯珠。
图4、图5为灯板的电路原理图，图4的20个LED灯珠(LED1～LED20)的端头(PWM1～PWM20)分别与图5的STM8S005K6T6芯片的相应标识的I/O端(PWM1～PWM20)电连接。灯板的LED灯珠电连接一按照一定时序输出信号控制LED灯珠亮灭、亮度的控制模块。每一LED灯珠分别与控制模块的一个I/O端连接，LED灯珠的另一端连接电池VCC。所述控制模块、LED灯珠连接电池VCC。控制模块的主控芯片采用Cortex的STM8S005K6T6芯片，模拟PWM控制LED灯珠的亮灭、亮度。控制模块系STM8S005K6T6芯片与电池VCC连接组成的一个STM8S005K6T6芯片小系统：STM8S005K6T6芯片的NRST引脚连接NRST复位开关；NRST复位开关的另一端串接限流电阻R1后与电池VCC连接，并且串接一个电容C6后接地；STM8S005K6T6芯片的VSS引脚接地且串接一个电容C5后连接电池VCC；STM8S005K6T6芯片的VCAP引脚串接一个电容C2后接地；STM8S005K6T6芯片的VDD引脚、VDDIO引脚、VDDA引脚均与电池VCC连接；STM8S005K6T6芯片的VSSA引脚接地；STM8S005K6T6芯片的I/O端，一个AIN引脚连接滑动变阻器ADC1，一个TLI引脚连接IR红外信号接收模块，一个SWIM引脚用于通信及调试，其余PWM1～PWM20的I/O端的引脚电连接LED灯珠并输出模拟PWM信号控制LED灯珠的亮灭、亮度。滑动变阻器ADC1、IR红外信号接收模块用于调节LED灯珠构成的动态火焰图案的大小、亮灭、亮度。
本实施例仿真三维火焰灯的控制方法：在灯板上通过点亮相应的LED灯珠沿横向模拟多个连续的动态火焰图案，并不断循环。A行的LED灯珠为常亮。动态火焰图案点亮后，相应的LED灯珠从D、C、B行自上到下逐次熄灭，两行间LED灯珠熄灭的时间间隔125毫秒。以LED灯珠在电池VCC电压工作的亮度为1，A行LED灯珠的亮度为80％，B行LED灯珠的亮度为65％，C行LED灯珠的亮度为50％，D行LED灯珠的亮度为40％。
具体地，一个循环周期的A、B、C、D四行a、b、c、d、e五列LED灯珠点亮的步骤及时间如下表所示：
其中A行LED灯珠为常亮。从第一步到第十五步为一个循环周期。
本发明仿真三维火焰灯点亮后，从同一视角可以观察到不同形状的动态火焰图案上下跳动、左右晃动，从不同视角均可同时观察到火焰效果，所获得的火焰效果十分逼真。

Claims (10)

1.仿真三维火焰灯，其特征在于：包括一灯壳，灯壳内设有一个卷曲的灯板，灯板的外表面设有若干LED灯珠；LED灯珠电连接一按照一定时序输出信号控制LED灯珠亮灭、亮度的控制模块；每一LED灯珠分别与控制模块的一个I/O端连接。
2.如权利要求1所述的仿真三维火焰灯,其特征在于：所述灯板包括一柔性电路板，柔性电路板卷曲装入灯壳内部，柔性电路板的外表面设有至少包括三行四列LED灯珠。
3.如权利要求1所述的仿真三维火焰灯,其特征在于：LED灯珠在灯板上错位阵列布置。
4.如权利要求1所述的仿真三维火焰灯,其特征在于：所述控制模块、LED灯珠连接恒压电源。
5.如权利要求1所述的仿真三维火焰灯,其特征在于：所述控制模块的一个I/O端连接一个IR红外信号接收模块。
6.如权利要求1所述的仿真三维火焰灯,其特征在于：所述控制模块的主控芯片采用Cortex的STM8S005K6T6芯片，模拟PWM控制LED灯珠的亮灭、亮度；STM8S005K6T6芯片的NRST引脚连接NRST复位开关；NRST复位开关的另一端串接限流电阻后与恒压电源连接，并且串接一个电容后接地；STM8S005K6T6芯片的VSS引脚接地且串接一个电容后连接恒压电源；STM8S005K6T6芯片的VCAP引脚串接一个电容后接地；STM8S005K6T6芯片的VDD引脚、VDDIO引脚、VDDA引脚均与恒压电源连接；STM8S005K6T6芯片的VSSA引脚接地；STM8S005K6T6芯片的I/O端，一个AIN引脚连接滑动变阻器，一个TLI引脚连接IR红外信号接收模块，一个SWIM引脚用于通信及调试，其余I/O端的引脚均可连接LED灯珠并输出模拟PWM信号控制LED灯珠的亮灭、亮度。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的仿真三维火焰灯的控制方法，其特征在于：控制模块按照一定时序输出模拟PWM控制信号在灯板上通过点亮相应的LED灯珠沿横向模拟多个连续的动态火焰图案。
8.如权利要求7所述的仿真三维火焰灯的控制方法,其特征在于：所述动态火焰图案的下一行的LED灯珠亮度大于上一行的LED灯珠亮度，从上到下熄灭LED灯珠。
9.如权利要求7所述的仿真三维火焰灯的控制方法,其特征在于：所述动态火焰图案的相邻LED灯珠的亮灭间隔时间大于0.1秒。
10.如权利要求7所述的仿真三维火焰灯的控制方法,其特征在于：灯板上的LED灯珠沿横向等分成多个火焰显示区，每个火焰显示区点亮相应的LED灯珠模拟一种动态火焰图案；每个火焰显示区完成一种动态火焰图案的一次循环显示后，将该种动态火焰图案推至下一个火焰显示区点亮，如此循环。
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