CN107371296A

CN107371296A - 一种音乐信号控制的pwm调光调色led灯

Info

Publication number: CN107371296A
Application number: CN201710554319.2A
Authority: CN
Inventors: 王品杰
Original assignee: Dongguan Three Grace Lighting Industry Co Ltd
Current assignee: Dongguan Three Grace Lighting Industry Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2017-11-21

Abstract

一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯，包括音乐信号采集模块、信号处理模块、手机APP模块、蓝牙通信模块、数模转换器、PWM控制模块和LED灯，所述的LED灯为RGB LED灯，手机APP模块与蓝牙通信模块无线连接，蓝牙通信模块连接数模转换器，数模转换器连接PWM控制模块，PWM控制模块连接LED灯，PWM控制模块通过改变LED灯的占空比调节LED灯的颜色和亮度，本发明通过算法芯片及电路可以直接将需要的LED光通过输入相应的参数反推算出对应的占空比，在调节占空比的情况下对颜色、光照进行动态的调节，PWM调光的优点是具有调光更精准，色彩变幻更快，调光的色彩更亮丽、调光的模式比传统模式有更多的色彩变化，同时灯具发热低，效率更高。

Description

一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯

技术领域

本发明涉及家电领域，尤其涉及一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯。

背景技术

智能家电，就是将微处理器、传感器技术、网络通信技术引入家电设备后形成的家电产品，具有自动感知住宅空间状态和家电自身状态、家电服务状态，能够自动控制及接收住宅用户在住宅内或远程的控制指令；同时，智能家电作为智能家居的组成部分，能够与住宅内其它家电和家居、设施互联组成系统，实现智能家居功能，而这就形成了物联网中的一个最具体的应用，随着人类应用需求和家电智能化的不断发展，其内容将会更加丰富，而最能融入人类日常生活的智能家电就是LED灯具，当然，根据实际应用环境的不同智能家电的功能也会有所差异，但智能家电一般应具备以下基本功能：通信功能、智能程序控制功能、交互式控制等，其中的最基本功课，就是无线操控功能，在智能家居系统与物联网应用中，LED灯也是最能体现智能控制、远端控制、无线控制的家电之一。

随着光电技术的快速进步，以及中国大陆对新能源产业的重视加大，具备环保、节能特性的LED照明产业正迅速成为最热门的产业之一，根据中国国家半导体照明工程研发及产业联盟提供的数据显示，2009年中国LED照明工业销售产值达600亿元人民币，同比增长30％以上，使中国成为全球LED产业发展最快的区域之一，中国的LED制造实力与制造水平也扮演全球的领先角色，LED灯之所以能够受到市场乃至人们的青睐，是因为它的发光率非常高，能够达到801m/w，在相同的照度情况下能节电80％以上，在很大的程度上就起到了节能的作用，LED灯的色温有很多种，各种色温的显色性非常好，显色的指数也非常的高，可以根据终端用户的使用场景进行选择与调配，LED灯的EMI符合全球的指标，功率因数大于等于0.9，二谐波失真小于等于20％，能够降低供应电路的电能的损耗，减少对线路的损害，不会对电网造成污染，LED灯的全电压范围指数是在85V至264V之间，这保证了LED灯的亮度和使用寿命比较不会受电压波动的影响，使LED灯几乎能够在全球范围内使用，LED灯没有辐射，其灯内部没有汞等等危害物质，对人体较为安全，LED灯是纯正的直流工作，不会因交流切换出现频闪的现象，这就消除了灯具使用过程中因频闪而引起视觉疲劳现象。

目前，人们通过用手触动在灯具上的开关进行对灯具的控制，使用起来非常不方便，如果能借助人们手中的智能手机进行对灯具的控制，便能给生活带来很大的方便。通过手机短信等对灯具进行控制则需要用户支付流量费用。

发明内容

本发明旨在提供一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案，一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯，音乐信号采集模块、信号处理模块、手机APP模块、蓝牙通信模块、数模转换器、PWM控制模块和LED灯，音乐信号采集模块连接信号处理模块，信号处理模块连接手机APP模块，音乐信号采集模块具体是手机麦克风，信号处理模块具体是一个阶梯波发生器，将麦克风采集到的音频信号转化为阶梯电压信号后再传输给手机APP模块，手机APP模块与蓝牙通信模块无线连接，蓝牙通信模块连接数模转换器，数模转换器连接PWM控制模块，PWM控制模块连接LED灯，蓝牙通信模块接收到手机APP的控制信号后通过数模转换器输出信号给PWM控制模块，蓝牙通信模块采用蓝牙跳频算法与手机APP模块进行数据传输，将蓝牙通信跳频算法写入手机APP以及蓝牙通信模块，以确保手机APP与蓝牙通信模块的收发信息一致通信模块才能相互通信，数模转换器通过阶梯算法将数字信号还原为模拟信号来控制PWM控制模块通过改变LED灯的占空比调节LED灯的颜色和亮度，首先确定LED色品坐标与占空比的关系，改变驱动LED的PWM占空比，其LED色品坐标基本不发生改变，而光通量相应地线性变化且光通量的比值等于占空比的比值，所以工程上为了讨论问题的方便，近似认为光通量与占空比成正比例函数关系，结合格拉斯曼颜色混合定律有：

Y_m＝D_rY_r+D_gY_g+D_bY_b. (1)；

根据加混色原理和CIE色度计算方法，占空比分别D_r、D_g、D_b时，光源R、G、B混光后的色品坐标满足：

式中X_m、Y_m、Z_m是混合光源M的三刺激值，Y_r、Y_g、Y_b为光源R、G、B满电流工作下的Y刺激值；C_r＝Y_r/y_r、C_g＝Y_g/y_g、C_b＝Y_b/y_b为光源R、G、B满电流工作下的三刺激值之和，在CIE-1931标准色度系统中刺激值Y等于光通量，在PWM调光下，占空比是控制LED色品坐标的唯一因素，若期望的光通量为Y_m，期望的色品坐标为(x，y)，把占空比当作未知数，则三通道的占空比可结合式(1)、(2)求得：

理论上在三角形RGB中的光通量的取值范围为[0，Y_r+Y_g+Y_b]，然而采用PWM调光时，光通量受占空比的约束，不能实现理论上的取值范围，在调光过程，不同色品坐标的混合光，其RGB三基色的比例不同，只有占空比比例为1：1：1的混合光其占空比才可以同时达到100％，此时光通量的取值范围为0～Y_r+Y_g+Y_b，其他混合光的光通量取值范围则小于此范围，每组色品坐标都有对应的最大光通量，从实际意义出发，PWM的占空比应该满足D_r≤1，D_g≤1，D_b≤1，把Y_m当作目标函数，对(3)式进行变形可得

混合光的光通量应该同时满足(4)～(6)式，通过进一步地色度学和代数计算可知，当混合光LED坐标位于靠近红光的区域时，红光的占空比最大，此时(4)式所描述的光通量取值范围最小，所以预期光通量只需满足(4)式即可，其余光通量只需分别满足(5)、(6)式即可，另外，由于日光轨迹的色品坐标与相关色温Tcp存在明确的函数关系，可根据相关色温求得对应日光的色品坐标，再通过(3)式所确定的占空比和色品坐标的函数关系，直接建立占空比与相关色温的函数关系，日光轨迹的色品坐标有以下关系：

在相关色温T_cp已知的情况下，可通过下式计算典型日光的色品坐标。

当4000K≤T_cp≤7000K时：

当7000K≤T_cp≤25000K时：

使用时设定好相关色温和光通量，即可通过(7)、(8)式计算出对应的色品坐标，再结合预期光通量代入(3)式求得对应的占空比。

进一步地，所述蓝牙通信模块通过高压电源直接驱动，蓝牙通信模块配有识别器。

进一步地，所述的的蓝牙通信模块采用BK3260芯片。

进一步地，若需要4000K相关色温、80lm的日光，根据(7)、(8)式计算出对应的色品坐标为(0.3823，0.3838)，结合预期光通量代入(3)式求得对应的占空比为D_r＝68.64％、D_g＝83.64％、D_b＝14.46％。

本发明通过算法芯片及电路可以直接将需要的LED光通过输入相应的参数反推算出对应的占空比，在调节占空比的情况下对颜色、光照进行动态的调节，从相应的算法可以看出，PWM模块通过调节占空比来调节LED灯的模式是具有调光更精准、色彩变幻更快、调光的色彩更亮丽、调光的模式比传统模式有更多的色彩变化的优点，同时灯具发热低，效率更高，本发明设计的LED灯变化更多，而本发明音频信号的采集、处理、转化是利用手机本身的麦克风采集及信号处理模块，最终得到输出给手机APP模块的阶梯电压信号，便于信号的放大与传输，而我们则是将手机所采集并处理好的这个音频数字信号通过手机APP利用蓝牙模式传输到我们的蓝牙模块，再通过阶梯算法把这个数字信号还原成模拟电压信号控制PWM控制模块的占空比来改变LED灯亮度的变化，音频信号的细微变化通过一系列的处理传输至PWM控制模块，足以引起其占空比的变化从而给LED的变化带来更多的影响。

附图说明

图1是本发明的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照图1描述根据本发明实施例的一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯，音乐信号采集模块、信号处理模块、手机APP模块、蓝牙通信模块、数模转换器、PWM控制模块和LED灯，音乐信号采集模块连接信号处理模块，信号处理模块连接手机APP模块，音乐信号采集模块具体是手机麦克风，信号处理模块具体是一个阶梯波发生器，将麦克风采集到的音频信号转化为阶梯电压信号后再传输给手机APP模块，手机APP模块与蓝牙通信模块无线连接，蓝牙通信模块连接数模转换器，数模转换器连接PWM控制模块，PWM控制模块连接LED灯，蓝牙通信模块接收到手机APP的控制信号后通过数模转换器输出信号给PWM控制模块，蓝牙通信模块采用蓝牙跳频算法与手机APP模块进行数据传输，将蓝牙通信跳频算法写入手机APP以及蓝牙通信模块，以确保手机APP与蓝牙通信模块的收发信息一致通信模块才能相互通信，数模转换器通过阶梯算法将数字信号还原为模拟信号来控制PWM控制模块通过改变LED灯的占空比调节LED灯的颜色和亮度，首先确定LED色品坐标与占空比的关系，改变驱动LED的PWM占空比，其LED色品坐标基本不发生改变，而光通量相应地线性变化且光通量的比值等于占空比的比值，所以工程上为了讨论问题的方便，近似认为光通量与占空比成正比例函数关系，结合格拉斯曼颜色混合定律有：

Y_m＝D_rY_r+D_gY_g+D_bY_b. (1)；

当4000K≤T_cp≤7000K时：

当7000K≤T_cp≤25000K时：

进一步地，所述的的蓝牙通信模块采用BK3260芯片。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种音乐信号控制的PWM调光调色LED灯，其特征在于，包括音乐信号采集模块、信号处理模块、手机APP模块、蓝牙通信模块、数模转换器、PWM控制模块和LED灯，音乐信号采集模块连接信号处理模块，信号处理模块连接手机APP模块，音乐信号采集模块具体是手机麦克风，信号处理模块具体是一个阶梯波发生器，将麦克风采集到的音频信号转化为阶梯电压信号后再传输给手机APP模块，所述的LED灯为RGBLED灯，手机APP模块与蓝牙通信模块无线连接，蓝牙通信模块连接数模转换器，数模转换器连接PWM控制模块，PWM控制模块连接LED灯，蓝牙通信模块接收到手机APP的控制信号后通过数模转换器输出信号给PWM控制模块，蓝牙通信模块采用蓝牙跳频算法与手机APP模块进行数据传输，将蓝牙通信跳频算法写入手机APP以及蓝牙通信模块，以确保手机APP与蓝牙通信模块的收发信息一致通信模块才能相互通信，数模转换器通过阶梯算法将数字信号还原为模拟信号来控制PWM控制模块通过改变LED灯的占空比调节LED灯的颜色和亮度，首先确定LED色品坐标与占空比的关系，改变驱动LED的PWM占空比，其LED色品坐标基本不发生改变，而光通量相应地线性变化且光通量的比值等于占空比的比值，所以工程上为了讨论问题的方便，近似认为光通量与占空比成正比例函数关系，结合格拉斯曼颜色混合定律有：

Y_m＝D_rY_r+D_gY_g+D_bY_b. (1)；

在相关色温T_ep已知的情况下，可通过下式计算典型日光的色品坐标。

当4000K≤T_cp≤7000K时：

当7000K≤T_cp≤25000K时；

2.如权利要求1所述的LED灯，其特制在于，所述蓝牙通信模块通过高压电源直接驱动，蓝牙通信模块配有识别器。

3.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述的的蓝牙通信模块采用BK3260芯片。

4.如权利要求1所述的LED灯，其特征在于，若需要4000K相关色温、80lm的日光，根据(7)、(8)式计算出对应的色品坐标为(0.3823，0.3838)，结合预期光通量代入(3)式求得对应的占空比为D_r＝68.64％、D_g＝83.64％、D_b＝14.46％。