专利名称：全彩led台灯的制作方法
技术领域：
本发明属于一种照明工具，特别是一种以发光二极管作为光源的全彩LED台灯。
背景技术：
目前，市场上的台灯普遍使用的是白炽灯或荧光灯作为发光体。白炽灯直接工作在交流市电情况下，频闪现象较为严重；由于荧光发光体的激发特性，因此也存在频闪的缺陷，虽然现在可以通过提高工作频率等技术去克服这一缺陷，但是理论上依然存在频闪。已有少量的利用发光二极管作为发光体的台灯，但普遍采用的是单一的白色发光二极管，这类台灯虽然解决了白炽灯或荧光灯存在频闪的缺陷，但色谱不丰富，过于单一化，娱乐性不强。另外，红(R)、绿(G)、蓝(B)发光二极管也突破了传统技术的限制，其光电转换效率飞跃到了一个至高点，能够达到同样或者更高照度标准的情况下，LED的节能性显而易见，例如15W的LED台灯的亮度可以超越27W荧光台灯或者白炽灯的亮度。这种护眼又节能的绿色产品的发明，有着极为深远而广泛的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色光可以组成自然界任意色彩的原理，通过控制R、G、B三种不同颜色的LED发光强度进行混色，可以组成各种各样不同的色彩和色温，使发光体所发光线接近于自然光的全彩LED台灯，以克服上述的不足。
为了实现上述目的，本发明由发光主题的灯板和控制电路构成，其中灯板由多组LED发光管构成，其特点是每一组LED发光管由R(红色)发光管、G(绿色)发光管、B(蓝色)发光管三颗LED发光管构成，多个R发光管、G发光管、B发光管各自分别构成一个单色的LED矩阵，控制电路的输出分别控制每个单色的LED矩阵。
上述每个单色的LED矩阵由多个单色的发光管串联或并联构成。
上述R-LED矩阵由多组R发光管并联构成，其中每组R发光管由4个R发光管串联组成。
上述G-LED矩阵和B-LED分别由多组G发光管和多组B发光管并联构成，其中每组G发光管和每组B发光管分别由3个G发光管和3个B发光管串联组成。
上述多组LED发光管共为84组，R-LED矩阵为21组R发光管并联构成，G-LED矩阵和B-LED分别为28组G发光管和28组B发光管并联构成。
上述控制电路由电源、中心控制单元U1、存储器U2和3路开关电路构成，其中电源分别给控制电路和灯板提供电源，中心控制单元U1数据输入端与一个分档开关J5相连，中心控制单元U1数据端与存储器U2的数据端相接，中心控制单元U1的控制输出端分别与3路开关电路的控制输入端相连接。
上述开关电路由三极管Q1、场效应管Q2、肖特基二极管D、电阻器R1～R4、电容器C1～C2、二极管D1～D2和电感器L构成，其中a、三极管Q1的基极通过电阻器R1与中心控制单元U1的控制输出端BASE相连，其发射极与电源负极相接，其集电极与场效应管Q2的栅级相连接，并通过电阻器R2与电源的正极相连接；b、场效应管Q2的输出端一端与电源的正极相连，另一端分别与肖特基二极管D的正极和电感器L的一端相接，肖特基二极管D的负极与电源负极相接，电感器L的另一端通过电阻器R4输出控制信号OUT给LED矩阵；
c、电容器C1～C2、、二极管D2和电阻器R3分别并联在电感器L的另一端和电源负极之间；d、二极管D1并联在场效应管Q2的输出两端。
由于本发明的发光主体的灯板由三色LED构成，使得本发明光谱丰富、混色性好、无频闪、节能、寿命长、趣味性、安全可靠，新型实用。本发明还具有多样性，例如亮度和色彩均可以调节，达到照明标准，或者内嵌备用充电电源、时钟、MP3等等。本发明可应用于台灯类的照明和娱乐，也可以用做家庭装饰。本发明属于绿色环保类家用电子产品。
图1为本发明原理框图。
图2为本发明灯板的结构原理图。
图3为本发明控制电路中心控制单元U1原理图。
图4为本发明控制电路中存储器U2原理图。
图5为本发明控制电路中分档开关J5原理图。
图6为本发明控制电路中开关电路电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但该实例不应理解为对本发明的限制。
本发明的灯板的R-LED矩阵由R发光管D1～D84构成、G-LED矩阵由G发光管D101～D184构成、B-LED矩阵由B发光管D201～D284构成，每个矩阵负极端接电源的负极，其每个矩阵的正极端分别与控制电路中3个开关电路的输出端相连接(图2)。
本发明的中心控制单元U1为控制IC(图3)，依靠内部程序工作。U2为SPROM存储器(图4)，用于保存当前工作状态和其他数据，中心控制单元U1对其可以读写数据，中心控制单元U1和存储器U2之间的数据传递依靠SCL和SDA两条线来完成。U3为稳压IC，输入12V电源，输出5V，供整个控制板工作。
本发明的工作原理是上电以后，中心控制单元U1复位，开始执行程序。其引脚2、3、6每路输出IKHz的PWM方波，当按键(第19脚)按下的时间超过300mS，2、3、6脚输出的PWM方波空占比可以发生改变，方波分别加到Q1三极管基极，因此场效应管Q2处于开关状态，配合LC1振荡滤波电路，R_OUT、G_OUT、B_OUT分别输出不同的直流电压(图6)，该电压直接用来驱动灯板串联和并联的LED，致使其发光，颜色亮度均可以通过按键进行调整，实现了人机对话。每次用户按下键以后，中心控制单元U1识别并处理，用户调整完毕，将当前的各个参数保存到存储器U2，即使掉电以后重新上电，依然可以恢复以前保存的工作状态。J5为挡位选择开关(图5)，每一挡对应一种灯光类型(如标准阅读档、清凉型、暖色调、浪漫色调)。
本发明中心控制单元U1(AT89C2051)内部的程序方法是用AT89C2051的两个定时器模拟出3路分别独立可以调节的PWM信号，分别控制三路LED电源，实现了对LED三路R，G，B的独立控制，可以混成各种各样的色彩。除颜色渐变档以外，其他各档位的亮度分成80个等级，存储在外部数据存储器内，即在存储器U2(AT24C16)建立数据表格。处理器随时调用这些数据，装入第二个定时器(第一个定时器周期固定不变)，从而实现PWM占空比的改变。其数据存储方法是第一页面(0x00-0xFF)用于保存各档位当前灯光状态，包括掉电之前所有已经存储过的状态；第二页面(0x00-0xFF)用于保存阅读档的灯光状态(亮度数据表格)；第三页面(0x00-0xFF)用于保存清凉档的灯光状态(亮度数据表格)；第四页面(0x00-0xFF)用于保存温馨档的灯光状态(亮度数据表格)；第五页面(0x00-0xFF)用于保存浪漫档的灯光状态(亮度数据表格)；第六和第七页暂未用，预留备用。注意数据存储器里的数据都是在有效范围之内，如果读取结果在范围之外，则必须进行强行纠错处理。重要说明定时器0的数值为固定的0xfe00(用于产生固定的脉冲周期)，定时器1的数字范围为0xfe02-0xffff，改变定时器1的数值，可以调整PWM的宽度。定时器0和定时器1分别分为高8位和低8位，因此理论上每路PWM有510个亮度等级。存储器的数据，只存储了定时器1的低8位字节，高8位只有0xfe和0xff两种状态，因此依靠程序分段判别，最大限度的节约了资源和存储空间。
本发明中心控制单元U1的执行程序过程是程序上电复位，跳转到入口地址开始执行第一条指令。接下来短暂延时并清空微处理器内存。读取在外部数据存储器A24C16第一页面的数据，恢复上一次最后保存过的灯光状态，如果数据读取错误，则进行一次纠错处理(重读取，若依然失败，则人为装入一个规定好的初始值并保存)。定时器0装入初始值，开启中断运行控制位，读取24C16最后一次掉电时的关灯或者开灯状态并恢复，如果是开灯状态，则开启所有中断运行控制权，允许所有中断，如果是关灯状态，定时器暂不运行，并关掉PWM三路输出和LED指示灯，打开灯以后开始运行。接着程序进入循环扫描状态，一旦有任何按键按下，则调用每个键值的处理子程序对定时器1进行重装。在键盘循环扫描中，调用以下几个处理子程序档位切换子程序、按键扫描子程序、颜色渐变子程序、灯光状态存储子程序。
以下分别对处理子程序进行解说。
档位切换子程序判断当前处在哪个档位，首先比较上一次的档位标志位是否和当前一致，如果一致，则证明档位没有更改。如果比较结果不一致，证明已经换过档，则检测各档位I/O口对应的电平，则将当前这一档置标志位，进入下一级子程序，读一次这一档位上一次保存在外部数据存储器24C16内第一页面当前对应档位的数值，装入定时器1，接着更改当前指示灯的指示位，驱动LED指示灯。
按键扫描子程序如果键始终没有按下(I/O口始终无低电平)，则程序返回。如果有按键按下，则进行100Ms和300Ms延时。延时100mS和300Ms，分别检测一次(便于快速开关灯以及延长等待时间判断是否到底需要调亮度，给用户一个反应时间)。300mS之内，如果检测到按键已松开(高电平)，则认为在进行开/关灯操作，程序进入软开关子程序，该子程序专用来进行开关灯操作。如果检测到当前灯光为开或者关状态(开关灯状态有标志位)，则从外部数据存储器读取并恢复或者存储到外部数据存储器，置开关灯标志位，表示灯已经打开或者关闭。并打开/关闭PWM三路输出，打开/关闭LED指示灯，允许/禁止所有中断。此刻LED台灯进入正常工作或者低功耗待机状态。注意用定时器0和定时器1软件模拟的双重中断，总中断一停止，将无PWM产生。如果确定按键按下的时间超过300Ms，并且持续按住键，则循环调用当前对应档位亮度快速调整子程序。一旦松开按键，则置亮度调整标志位，通过中断延时(此刻通过定时器0计数来延时)以后置存储当前亮度标志位，该标志位在键盘扫描其他子程序里会检测是否需要将当前亮度值存入存储器。亮度循环调整子程序首先判断当前亮度是增还是减，增减的数值指针指向外部数据存储器的数据表格。数据表格的数据记录的是第二个定时器的数据。其亮度的数据值按大小规律排列。不同的档位(灯光模式)，读取存储器不同页面下对应的数据段。另外，当在灯光关闭的情况下，如果长按键调整了亮度，需要将开关灯标志位置成开灯状态，并确定需要进行信息保存。
颜色渐变子程序当档位开关处于颜色变化档时，灯光按照红—橙—红—绿—蓝—紫—红的规律渐变，按照一定的规律增减定时器1的数值，并且按照一定的时间间隔输出LED指示灯变化状态，形成跑马灯。如果在此档有按键按下，则调用开关灯子程序，但不允许亮度调整。记录当前颜色渐变的位置，开灯以后可以继续工作。
灯光状态存储子程序该子程序检测存储状态标志位，一旦发现该标志位为1，则调用一次数据存储子程序，将当前最后一次编辑过的状态存储到外部数据存储器第一页面对应位置处。当按键、换档等操作连续时，则需要不断清空定时器0自动调用延时的计数器里的累加数据。当用户操作完成之后会置一个操作位，定时器0检测到操作位之后自动调用累加计数延时子程序，延时数百微秒，确定按键、亮度调整、换档已经完成之后，置存储状态标志位，确定此刻需要进行一次信息保存。存储子程序完成一次存储之后，清除该标志位，等待下一次用户编辑完成之后的存储。数据读写子程序写过程，根据当前数据的长度以及外部地址指针，将当前所需要存储的数据准备好，向外部数据存储器24C16发出写操作请求，存储器响应之后，严格按照操作时序将数据写入对应地址。读过程，与写过程相反。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种全彩LED台灯，由发光主题的灯板和控制电路构成，其中灯板由多组LED发光管构成，其特征在于每一组LED发光管由R发光管、G发光管、B发光管三种LED发光管构成，至少一个R发光管、G发光管、B发光管各自分别构成一个单色的LED矩阵，控制电路输出调节直流电压分别控制每个单色的LED矩阵。
2.如权利要求1所述的全彩LED台灯，其特征在于每个单色的LED矩阵由至少一个单色的发光管串联或并联构成。
3.如权利要求1或2所述的全彩LED台灯，其特征在于R-LED矩阵由至少一组R发光管并联构成，其中至少一组R发光管由至少一个R发光管串联组成。
4.如权利要求1或2所述的全彩LED台灯，其特征在于G-LED矩阵和B-LED分别由至少一组G发光管和至少一组B发光管并联构成，其中每组G发光管和每组B发光管分别由至少一个G发光管和至少一个B发光管串联组成。
5.如权利要求1所述的全彩LED台灯，其特征在于多组LED发光管共为至少一组，R-LED矩阵为至少一组R发光管并联构成，G-LED矩阵和B-LED分别为至少一组G发光管和至少一组B发光管并联构成。
6.如权利要求1所述的全彩LED台灯，其特征在于控制电路由电源、中心控制单元U1、存储器U2和3路开关电路构成，其中电源分别给控制电路和灯板提供电源，中心控制单元U1数据端与一个分档开关J5相连，中心控制单元U1数据端与存储器U2的数据端相接，中心控制单元U1的控制输出端分别与3路开关电路的控制输入端相连接。
7.如权利要求6所述的全彩LED台灯，其特征在于开关电路由三极管Q1、场效应管Q2、肖特基二极管D、电阻器R1～R4、电容器C1～C2、二极管D1～D2和电感器L构成，其中a、三极管Q1的基极通过电阻器R1与中心控制单元U1的控制输出端BASE相连，其发射极与电源负极相接，其集电极与场效应管Q2的栅级相连接，并通过电阻器R2与电源的正极相连接；b、场效应管Q2的输出端一端与电源的正极相连，另一端分别与肖特基二极管D的正极和电感器L的一端相接，肖特基二极管D的负极与电源负极相接，电感器L的另一端通过电阻器R4输出控制信号OUT给LED矩阵；c、电容器C1～C2、、二极管D2和电阻器R3分别并联在电感器L的另一端和电源负极之间；d、二极管D1并联在场效应管Q2的输出两端。
全文摘要
本发明涉及一种全彩LED台灯由发光主题的灯板和控制电路构成，其中灯板由至少一组LED发光管构成，其特点是每一组LED发光管由R(红色)发光管、G(绿色)发光管、B(蓝色)发光管三种LED发光管构成，至少一个R发光管、G发光管、B发光管各自分别构成一个单色的LED矩阵，控制电路输出可以调节的直流电压分别控制每个单色的LED矩阵，以达到彻底消除频闪的目的。由于本发明的发光主体的灯板由三色LED构成，使得本发明光谱丰富、混色性好、无频闪、节能、寿命长、趣味性、安全可靠，新型实用。本发明还具有多样性，例如亮度和色彩均可以调节，达到照明标准，或者内嵌备用充电电源、时钟、MP3等等。本发明可应用于台灯类的照明和娱乐，也可以用做家庭装饰。本发明属于绿色环保类家用电子产品。
文档编号H05B37/02GK1789788SQ20051012051
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者吕川 申请人:吕川