专利名称：单元模块化led霓虹灯控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光源控制，确切的说涉及发光二极管(LED)霓虹灯的控制器。
背景技术：
随着电子科学技术的进步，LED的发光亮度不断提高，LED必将广泛用于各种霓虹灯工程。和传统气体发光的霓虹灯相比，LED霓虹灯主要有可靠性高，低能耗，使用寿命长，驱动简单，使用安全等优点。除此以外，LED霓虹灯还具有传统霓虹灯所不具备的实时色彩变换功能。使用三基色原理和PWM(脉宽调制)技术可以使LED霓虹灯呈现出几乎无穷多种色彩变换。为了实现复杂的色彩和图案变换效果，LED霓虹灯控制器也越来越复杂。
一般来说，LED霓虹灯的色彩、图案变换能力取决于控制器的输出路数，单路控制器只能控制一路霓虹灯管，控制霓虹灯的数量由驱动电路的驱动能力决定，单路霓虹灯只有色彩的顺序变换，通常变换速度是可调的。单路霓虹灯控制器生产工艺简单，制造成本低，常应用于各种环境装饰工程；多路控制器可使每一路呈现不同的色彩、顺序的变换，因而可产生更加丰富的图案效果。路数越多，图案越丰富，装饰和广告效果越好。但是，路数越多，成本越高，技术也就越复杂。这也给多路控制器的普及应用带来障碍。主要原因如下1.多路控制器的控制路数一般是固定的。而实际应用中，路数需求则是任意的。为了适应各种需求的变化，控制器生产企业一般按典型路数标准化生产，如一路，四路，八路，十二路等。具体应用也可能需要在路数选择和需求之间折中，特殊需求一般需要定制。假设需要一个六路控制效果，就选择一个八路的控制器，软件的变化也可能通过开关、跳线等技术实现，也可能需要修改软件参数，施工过程比较复杂，而且造成两路冗余，浪费资源。为了便于定制各种复杂控制器，缩短工程周期，部分产品中采用了微电脑控制、现场可编程等先进技术。当路数需求超过标准控制器所提供的路数，如30路，甚至50路，定制成本就相当高，工程实现的难度也加大。受这个缺点的限制，目前的LED霓虹灯控制器制造业还多数以项目或工程的方式运作，多数情况下需根据用户需求重新设计，修改硬件或软件，应用成本高，存在工程应用和大批量制造的矛盾，不适宜更广泛的普及和推广；2.由于控制器的驱动电路工作在大电流的脉冲方式，路与路之间会造成干扰，耦合到控制部分使控制电路不稳定，一般需增加隔离电路，提高了制造成本；3.多路结构使印刷电路板布线复杂，走线和散热空间有限，使每路输出驱动能力受到很大的限制。有些情况下，为了能满足较高的驱动能力需求，在保证散热的情况下，常使电路板的体积非常庞大，制造工艺和成本都很高。
上述缺点使具有丰富变换效果的多路LED霓虹灯控制器的制造成本偏高，尤其是技术应用过程复杂，普及应用困难。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种单元模块化LED霓虹灯控制器，每个控制器单元模块之间通过I/O接口或者预先设置的差分信号接口，可根据工程需要，在设定数量的控制器单元模块相互之间通过信号线联接，实现模块之间的信号及外部信号的传输，其功能与多路控制器相当，但体积更小，实现了模块化生产，在霓虹灯安装工程中，即不再需要专门定制多路控制器，只需将控制器单元按需组装即可，大大减少了施工技术难度，易于大批量生产，可促进LED霓虹灯的普及和推广。
本实用新型的技术方案如下单元模块化LED霓虹灯控制器，每一控制器单元模块包括有电源、单片机，单片机外接时钟电路、键盘电路和驱动电路，其特征在于包括有一个或多个控制器单元模块，控制器单元模块之间通过单片机的I/O接口进行信号传输。
所述的控制器，其特征在于每个控制器单元模块只有一路控制输出，每路提供三种基色驱动。
所述的控制器，其特征在于每个控制器单元模块上设置二个级联I/O端口。
所述的控制器，其特征在于所述的单片机内置比较器，比较器的差分信号输入引脚引出到差分信号接口，控制器单元模块之间通过信号线连接差分信号接口。
所述的控制器，其特征在于每个控制器单元模块上设置有二个级联差分信号接口。
所述的控制器，其特征在于所述的单片机外接状态显示电路、掉电检测电路。
本实用新型的优点如下1、本实用新型的模块化单元只有一路控制输出，每路提供三种基色驱动。在实际应用中可根据需要的路数任意级联，需要多少就级联多少。通过模块化级联构成的控制器在单片机程序控制下可协同工作，产生任意色彩组合、变化。工作模式由软件根据级联序号和循环节等参数自动确定，连接和设置非常简单；2、直接使用单片机的比较器(通常用于参数测量、信号检测)实现一种差分通信接口，使级联的控制器单元之间，控制器单元和外部设定装置之间拥有可靠信息传递渠道。这些信息包括同步、参数设定、校准等。具体实现全部由软件完成，几乎为零附加硬件成本。级联的控制器之间如采用差分信号传输，无需共地，无需共用电源，减少了干扰耦合，增加了系统稳定性，级联距离一般可达数百米以上(具体需根据级联数量和环境确定)，适于完成大范围、大型广场、广告装饰。
3.、增加了按键设定装置，使控制器在现场施工和后期使用方面更加灵活，设定数据自动保存，掉电不丢失；4、增加了电池供电电路，直接使用单片机实现了低功耗时钟功能，在不增加硬件成本的前提下使控制器具有自动定时工作功能，硬件成本低，不受停电影响。
5、使输出电路的驱动元件(三极管或其它发热器件)嵌入镂空的印刷电路板，使用导热材料将热量直接传导到机壳上，直接利用机壳散热，无需专用散热片，改善了散热效果，提高了单路驱动能力，缩小了体积，降低了制造成本。
图1为本实用新型单元模块电路原理图。
图2为本实用新型驱动元件安装结构图。
图3为本实用新型工作模式图。
具体实施方式
参见图1。
本实用新型的模块单元电路设计简单，绝大部分功能实现由软件完成，电路包括电源，中央控制器，外设和驱动电路四部分组成，电源由U1(78L05)、C1、C2、C3、C4、D7、D8、D9、BT1构成；中央控制器包括U2(PIC16F676)的单片机和Y1、C5、C6时钟谐振器，时钟谐振器为单片机提供时钟；外设包括三部分R1、R12、C10构成的掉电检测电路；R15、R16、R17、R20、R21、C7构成的键盘电路，满足各种现场参数设定需要；D1、D2、D3、D10、D11、R2、R4、R6构成状态显示电路，可把控制器的设定状态和工作状态进行简单显示；驱动电路由Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、R3、R5、R7、R8、R9、R10、D4、D5、D6构成；J3和J4为差分通信接口，可用于控制器级联，也可用于参数设定或写入。
本实用新型也可以直接通过单片机的I/O接口实现信号传输，每个控制器单元设置同线的二组I/O接口。
参见图2。
本实用新型各种电路印制在电路板1上，电路板1的中间镂空，LED驱动元件元件安装在导热铝板2上，导热铝板2紧贴机壳3，并通过机壳3散热，LED驱动元件(三极管或其它发热器件)4穿过电路板1的中间镂空部分直接安装有铝板2上。
参见图3。
在某一工程中，假设需控制霓虹灯“北京欢迎你”五个字，则每个字使用一个控制器单元模块，使用级联线连接如图所示。工作模式、变换速度、定时工作起止时间(如果需要的话)，控制器编号，图案变化循环级数量，使用专门的设置软件和连接设备通过差分通信端口一次写入。工作模式、变换速度还可通过键盘设定。工作模式数据是由软件事先编入的，如颜色渐变、色彩追逐、图案扫描模式等各种变换功能，控制器根据自己所在的位置(编号)和循环级数自动确定工作状态，定时校准和同步信息是由一号控制器周期性进行。
权利要求1.单元模块化LED霓虹灯控制器，每一控制器单元模块包括有电源、单片机，单片机外接时钟电路、键盘电路和驱动电路，其特征在于包括有一个或多个控制器单元模块，控制器单元模块之间通过单片机的I/O接口进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于每个控制器单元模块上设置二个级联I/O端口。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的单片机内置比较器，比较器的差分信号输入引脚引出到差分信号接口，控制器单元模块之间通过信号线连接差分信号接口。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于每个控制器单元模块上设置有二个级联差分信号接口。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的单片机外接状态显示电路、掉电检测电路。
专利摘要本实用新型公开了一种单元模块化LED霓虹灯控制器，每一控制器单元模块包括有电源、单片机，单片机外接时钟电路、键盘电路和驱动电路，其特征在于包括有一个或多个控制器单元模块，控制器单元模块之间通过单片机的I/O接口进行信号传输。本实用新型的单元模块只有一路控制输出，每路提供三种基色驱动。在单片机程序控制下可产生任意色彩组合、变化。在实际应用中可根据需要的路数任意级联控制器单元模块，需要多少就级联多少，工作模式由软件根据级联序号和循环节等参数自动确定，连接和设置非常简单，大大减少了施工技术难度，易于大批量生产，可促进LED霓虹灯的普及和推广。
文档编号H05B37/02GK2845385SQ20052007802
公开日2006年12月6日 申请日期2005年11月26日 优先权日2005年11月26日
发明者马金凤 申请人:马金凤