CN111182675B

CN111182675B - 一种全彩多路led灯带控制电路

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Publication number: CN111182675B
Application number: CN201911034146.7A
Authority: CN
Inventors: 李荣馨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2039-10-28
Also published as: CN111182675A

Abstract

本发明公开了一种全彩多路LED灯带控制电路，包括微控制单元、RGB总线、第一功率驱动模块、第二功率驱动模块以及若干个LED灯带；所述RGB总线通过三个所述第一功率驱动模块连接到所述微控制单元；所述LED灯带的第一端与所述RGB总线连接；所述LED灯带的第二端分别通过所述第二功率驱动模块连接到所述微控制单元的分线控制端，所述LED灯带与所述第二功率驱动模块为一一对应关系；所述微控制单元用于根据预设的算法控制各个所述LED灯带上的RGB信号变化，以使所述LED灯带执行相应的显示模式策略。本发明能够低成本地实现全彩多路灯带互动控制，从而有效提高了LED产品应用的便捷性和经济性。

Description

一种全彩多路LED灯带控制电路

技术领域

本发明涉及LED灯产品技术领域，具体涉及一种全彩多路LED灯带控制电路。

背景技术

近年来，随着LED灯条、灯带被广泛应用于装饰及照明领域，给各种节庆活动，如圣诞节、万圣节、情人节、复活节、国庆节等增添了无穷的喜悦和节日气氛，它以顽强的生命力迈入了广告、装饰、建筑、商用、礼品五大优势市场，尤其被广泛应用于楼体轮廊、桥梁、护栏、酒店、林苑、舞厅、广告装饰的场所等。

目前，传统的全彩LED招牌字等实现方式，一般采用每个LED发光点单独芯片控制的外露灯串或者全彩灯带制作。并且需要专门控制器单独编程来对招牌字的显示模式进行预先设置。虽然这种方式能最大个性化满足用户需求，但是由于这种实现方式需要每个RGB灯珠上集成控制芯片，且需要针对不同场景单独编程，因此存在造价高、不易维护等缺点。另外，市面上也有由单个灯带控制器控制一路灯带的实现模式，这种方式虽然造价较为低廉，但是仅能够实现单路控制，在需要多路灯带显示时，则需要分别控制每一路灯带，各路灯带之间不能实现互动关联的显示模式，效果单调缺乏动感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种全彩多路LED灯带控制电路，能够低成本地实现全彩多路灯带互动控制，从而有效提高了LED产品应用的便捷性和经济性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全彩多路LED灯带控制电路，包括微控制单元、RGB总线、第一功率驱动模块、第二功率驱动模块以及若干个LED灯带；

所述RGB总线通过三个所述第一功率驱动模块连接到所述微控制单元；所述LED灯带的第一端与所述RGB总线连接；所述LED灯带的第二端分别通过所述第二功率驱动模块连接到所述微控制单元的分线控制端，所述LED灯带与所述第二功率驱动模块为一一对应关系；

所述微控制单元用于根据预设的算法控制各个所述LED灯带上的RGB信号变化，以使所述LED灯带执行相应的显示模式策略。

作为优选方案，还包括红外接收模块，所述红外接收模块与所述微控制单元相连接，所述红外接收模块用于接收红外遥控器的控制指令并转发至所述微控制单元中。

作为优选方案，所述微控制单元采用STC15系列单片机。

作为优选方案，所述微控制单元为采用PWM与PDM联调配合的方式控制各个所述LED灯带上的RGB信号变化。

作为优选方案，所述LED灯带的数量为不多于20个。

相比于现有技术，本发明提供的全彩多路LED灯带控制电路能够低成本地实现全彩多路灯带互动控制，具有造价低廉、安装方便、维护容易的优点，从而有效提高了LED产品应用的便捷性和经济性。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的全彩多路LED灯带控制电路示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一全彩多路LED灯带控制电路示意图；

图3是本发明一实施例提供的内置ws2812芯片的5050RGB灯珠的管脚示意图；

图4是本发明一实施例提供的内置ws2812芯片的5050RGB灯珠的典型应用电路及数据流结构；

图5是本发明一实施例提供的普通RGB灯带电路图；

图6是本发明一实施例提供的普通RGB灯带控制器电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，全彩LED灯带控制，主要有以下三种模式：

1)使用点控全彩RGB灯珠制作的灯带。

即每一个发光LED灯珠上集成ws2812芯片，该芯片根据收到数据，独立控制这个5050RGB灯珠。下面以图3和图4来说明集成控制芯片的LED灯珠发光原理。

这类集成芯片的LED灯珠除了电源及地线管脚外，各有DIN和DOUT两个数据管脚。DIN负责读出本芯片发光指令数据，DOUT下游串联LED传送发光数据。

以这种灯珠为基础做成的灯带，可以实现全彩灯带的“单点控制”。可以看出，由于控制数据流单向流动，这种灯带适合制作跑马灯、沿灯带方向流动等效果。因为采用单点控制，在灯带不同物理造型情况下，对这类灯带控制器针对不同场景进行编程，能得到非常好的炫彩效果。

但在经济意义上，由于每个RGB灯珠上集成了ws2812芯片(或者类似芯片)，平均造价0.3-0.5元(不包括电源、控制器等必须组件)。成品灯带为60珠一米的裸灯带30元左右。

而为了实现全彩效果，还需为传递数据预先编程烧写在全彩灯带控制器的存储卡片里。针对不同场景单独编程，也增加了整体成本。这种全彩控制方式从单个RGBLED灯珠端到控制端均增加了整体造价，平均每灯珠超过人民币0.5元。

这也是目前市流行招牌比较少的重要原因之一。仅在游戏厅、KTV、高级酒店、高级餐厅等较高消费地方才能看到全彩灯带的使用。普通景观灯等灯光工程等场合比较少见到这类灯珠产品。

2)RGB全彩灯珠。

RGB全彩灯珠用在全彩广告招牌上。每个灯珠串联4根不同颜色的电线，由安装人员串联安装，除串联数百枚全彩灯珠外，安装组件还包括电源和控制器。安装过程较为复杂繁琐。

这种灯珠一般单个功率0.3W，单价2.00元左右，人工连接安装。安装组件还包括电源、控制器等。这类全彩招牌的安装比较复杂，通常一个灯珠一个灯珠在字体上打孔穿透。每个灯珠都需要手工安装。整体炫彩效果由统一控制器集中控制。本质上，这种全彩控制与第一种电路原理相同，灯珠串联传送显示数据。但这种灯珠功率较大亮度较高。

3)全彩(七彩)单路RGB灯带控制。

普通RGB灯带采用串并联结构连接所有灯珠。图5即为典型的共阳极12V 普通RGB灯带电路图。三个RGB5050LED灯珠加三路限流电阻组成一个并联单元，20个这样的电路单元组成60珠/米的灯带。

普通RGB灯带(电路连接图如图6所示)由一路输出的灯带控制器控制，可以颜色渐变或者七彩跳变，显示模式完全由灯带控制器控制。这类控制器一般是RGB三路输出的PWM数字调制信号。通常为保证无闪烁，该PWM信号频率需高于150Hz/s。在某一微小时段内，RGB三原色PWM方波占比不同，灯带颜色不同。整条灯带呈现一致的跳变或者渐变。这种灯带控制器电路如图6所示，在控制器RGB输出的即为可以调制的PWM方波。

这种控制器虽然造价低廉，但是由于是单路控制，如需多路控制，则各路直接无互动关联，缺乏动感。且一个控制器同时只能控制一路灯带，一般用在装修背景氛围灯等控制上。

综上所述可以看出，传统的全彩LED招牌字制作，一般采用每个LED发光点单独芯片控制的外露灯串或者全彩灯带制作，并且需要专门控制器单独编程来对招牌字的显示模式进行预先设置。虽然这种方式能最大个性化满足用户需求，但也存在造价高、不易维护等不利因素。

与广告招牌市场类似，在圣诞树、节日灯光装饰、灯光工程、景观照明等市场上，很难见到全彩动态显示的产品。这并非市场无此需要。在每艘广州夜游珠江的轮渡船上各类全彩灯带装饰种类繁多，夜晚江上的轮船五光十色。看走马灯变色效果，即知这类船只采用的是目前点控的高亮全彩灯带，成本可想而知。

本发明将传统“单点点控”思维转为“多路带控”，控制精度降低，简便显示的复杂程度和牺牲部分“表现力”，但却大大降低成本，简化安装，有利于实现全彩广告招牌的普及化。

本发明可以兼容目前成本价低得多的普通RGB灯带、模组，实现多达20路的每路全彩颜色控制，照样有彩虹渐变、颜色追逐、单色渐变、单色凝冻等效果。因为驱动的是普通RGB灯带，这会大大降低全彩显示成本。

如果能部分替代市场上普遍使用的广告招牌、单色发光字、灯光工程、节日彩灯，则可能产生明显经济效益。

请结合图1-图2，本发明实施例提供了一种全彩多路LED灯带控制电路，包括微控制单元、RGB总线、第一功率驱动模块、第二功率驱动模块以及若干个 LED灯带；

作为优选方案，所述微控制单元采用STC15系列单片机。

作为优选方案，所述LED灯带的数量为不多于20个。在实际应用中，目前能够驱动10条RGB LED灯带的控制器已经形成产品。

为更好进行本实施例的原理说明，下面为部分术语解释：

全彩：红绿蓝三基色如果按照不同的亮度(不是全亮)单独亮或者混合，则会产生许许多多的色彩，比如红色，浅红等。而且，根据每种基色亮度的等级(也叫灰度，有的全彩控制器的灰度达到了16级，有的是255级)不同，混合后会产生不同的色彩的光。数学上，如果全彩控制器的灰度是255，那么理论上可以产生255*255*255＝16581375种颜色。这样产生的色彩会更加逼近自然。

七彩：红，绿，蓝三基色都工作全亮状态就是七彩。就是指一种LED灯能够发出红，绿，蓝，黄，青，紫，白七种光。但是，要注意的是这七种光要在三基色全亮状态下发出的，混色光(黄，青，紫，白)也必须要在三基色全亮状态下混合而成的光。

渐变：相对LED显示跳变的一种颜色变化方式，LED显示颜色渐进变化，给人平滑过渡设备高档感觉，如广州塔夜景。一般全彩显示才涉及渐变。七彩或单色显示一般是颜色跳变。

如图2所示，本发明采用MCU控制，通过颜色调制放大电路，将RGB不同颜色的调制波形进行电压电流放大(即功率放大)，输出到多路控制模块。同时MCU主控单元对多路输出进行控制，多路输出互动模式由MCU编程设定。

请继续参见图2，整个电路RGB红绿蓝三色采用总线结构。RGB信号分别导入R_PWM、G_PWM、B_PWM各功率驱动模块，在RGB总线上产生下拉驱动电压。1-10各个LED灯带组采用分线控制(共阳极方式)，每组灯带显示颜色模式均经计算得出，定时输出到分线控制端，控制灯带颜色和显示模式。同时，每种算法在相邻或相隔灯带间设置固定差别，以形成有规律的炫彩闪动。简单说，在较高频率RGB总线PWM调制波形上，按照算法控制每路灯带RGB颜色占比与明暗，以达到每路输出不同的炫彩效果。

从图2可以看出，此灯带控制器与传统灯带控制器不同，并非是叠加在传统单色控制器之上的总控制器。传统采用单色控制器的方式，每路灯带至少需要三个功率器件分别控制RGB三种不同颜色，N路灯带即需要3×N个功率器件。而采用本发明的电路结构，使用N+3个功率器件即解决了多路显示问题，节约了功率器件的使用。当然，RGB总线结构上的功率器件承担所有线路的电流，在选型上要适当选择额定功率大的功率器件。

需要说明的是，本发明的多路控制电路采用的功率器件数少，也是有别于现有的控制器的关键。目前市面上4路RGB控制器造价就在300元左右，更多路时还需要控制器级联。而本发明电路一个控制器即可以控制20路RGB。

同时，每路颜色模式的渐变可以从邻近灯带颜色算法得出，从而形成有规律的律动炫动模式。

需要说明的是，全彩多路互动控制器可以根据器件类型分别采用5V、12V、 24V直流电源，带动多路不同长度(每路不长于10米)灯带。从而可以在招牌广告、景观灯饰等得到广泛应用。

作为优选方案，本发明的软件部分可以采用汇编语言编写。软件主程序中预留了“外部模拟量”监听功能，为能扩展外部音乐声控所设。在完成一系列外部输入及各个功能模块初始化后，程序判断颜色顺序模式以及炫动模式是否超过范围，一旦超过，自动置零。最后，主程序停止在等待T1定时器溢出位置。每当 T1溢出时，检查手动开关输入、IR红外遥控输入等数据，以判断显示模式是否发生变化。如有变化，则根据接收到的模式数据跳转到主程序起始位置，重新读取颜色顺序及炫动模式数据。

T2定时器中断程序完成RGB总线上PWM方波占空比计算及各条灯带在每 PWM周期数据更新，更新依据为主程序炫动模式选择。

IR红外遥控中断完成IR红外遥控器数据读取，为主程序更新模式、速度等数据提供人机接口。

在本发明实施例中，作为优选方案，本发明电路可以采用95mm×85mm控制器电路板，该电路板集成了mcu信号电路、功率放大电路。该电路可以有10 个4针接口，外接10根5米RGB普通灯带，一个12V电源插座，外接12V电源。电路可以设计10个普通RGB灯带接口，每个接口电压12-24V，额定电流 6A，瞬态最大电流10A，额定功率200瓦。从实际成品600小时稳定运行来看，控制器电光转换效率高，控制器上电1-9小时温度不超过65℃。在实际应用中，因为电路原理通用，更换接口类型，控制器即可控制多路1-3w功率RGB LED。

可以应用于广告霓虹灯上。

需要说明的是，本发明与上述三种市面常见产品不同，能够实现多路互动的全彩控制模式。即控制器端有多个接口，分别连接普通RGB灯带。连接好各条灯带接口以及电源，开关后及自动按照流程模式闪动。本控制器无需单独编程或外插SD卡即可通过声控、红外遥控按键控制等方式实现彩虹波动、涟漪渐变、单色全彩渐变、静止凝冻等72种显示模式。另外本发明控制器与市面全彩控制器不同在于：市面全彩控制器为信号发生器，产生序列数据，由带集成芯片灯珠级联传递，以产生不同显示效果。本控制器除了产生信号，还将该pwm信号功率调制放大，直接输出到灯带。从而省却了每个灯珠的集成芯片。使用普通RGB灯带或类似RGB灯珠电路即可。

本发明控制器兼容市面通用的12V、5V普通RGB灯带、LED模组，每条线路自由选择灯带长度(单条最长不超过10米，灯带每5厘米有可剪断标识)。灯带组的基本安装方法简单，几路灯带就连接几路接口，另外连接一条电源线即可使用。即在招牌字体里拼接黏贴灯带即可。远远比传统每个灯孔安装一个LED 发光点的灯串连接方法简便可靠，易于维护。

该控制器比单点控制全彩灯带造价低廉安装简单，成本比单条RGB灯带控制器高，但可以控制10-20路灯带，不同灯带间按MCU程序设置有联动互动，适合于立体造型的彩灯装饰、园林景观灯、大型圣诞树彩灯、立体广告招牌等场景使用。

相比于现有技术，本发明电路造价低廉、安装方便、维护容易。适合于小成本商业的招牌字制作。接通电源、连好灯带，普通创业者即可安装。招牌字也会在白天更加美观，不会因为钻孔在显得“麻麻点点、坑坑洼洼”。从此，全彩不再是大都市大酒店大KTV等高端消费场所招牌。在商业招牌制作中可推广程度较高。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种全彩多路LED灯带控制电路，其特征在于，包括微控制单元、RGB总线、第一功率驱动模块、第二功率驱动模块以及若干个LED灯带；

2.根据权利要求1所述的全彩多路LED灯带控制电路，其特征在于，还包括红外接收模块，所述红外接收模块与所述微控制单元相连接，所述红外接收模块用于接收红外遥控器的控制指令并转发至所述微控制单元中。

3.根据权利要求1所述的全彩多路LED灯带控制电路，其特征在于，所述微控制单元采用STC15系列单片机。

4.根据权利要求1所述的全彩多路LED灯带控制电路，其特征在于，所述微控制单元为采用PWM与PDM联调配合的方式控制各个所述LED灯带上的RGB信号变化。

5.根据权利要求1所述的全彩多路LED灯带控制电路，其特征在于，所述LED灯带的数量为不多于20个。