学士学位论文--护栏灯led多彩电路设计说明书.doc

信息职业技术学院

毕业设计说明书（论文）

设计题目: 护栏灯LED多彩电路设计

专 业: 应用电子技术
班 级: 应电07-2班
学 号:
姓 名:
指导教师:

二00九年十二月十五日

业技术学院毕业设计（论文）任务书
学 生
姓 名
梁坤
学号
2
班级
应电07-2
专业
应用电子技术
设计题目
护栏灯LED多彩电路设计
指导教师姓名
职 称
工作单位及所从事专业
联系方式
备 注

讲师

设计（论文）内容：
1．三路七彩同步闪光；
2．电源电路；
3．市电频率50~60Hz。
进度安排：
第3-5周：资料收集；
第6-7周：论文初稿；
第8-11周：电路设计并做实物；
第12-14周：论文定稿；
第15-16周：论文答辩。
主要参考文献：
[1] 华成英 诗白主编.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社，2006
[2] 张洪润主编.电子线路与电子技术.北京.清华大学出版社，2006
[3] 杨恒主编.LED照明驱动电路设计与实例精选.北京.中国电力出版社，2008
[4] 王一群.电子技术及制作.福建.福建科技出版社，2004
[5] 郑应光主编.模拟电子线路(一).南京.东南大学出版社，2004
[6] 郑应光主编.模拟电子线路(二).南京.东南大学出版社，2005
审
批
意
见

教研室负责人：
年 月 日

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)
目 录
摘 要 1
第一章 绪 论 2
1.1 三路七彩发光数码管的概述 2
1.2 设计的目的与意义 2
1.3 设计的内容及解决问题的方法 3
第二章 方案选择 4
2.1 电源电路 4
2.2 三路七彩电路 4
第三章 单元电路设计 6
3.1 电源电路设计 6
3.1.1 降压电路 6
3.1.2 直流稳压电路 7
3.2 三路七彩输出电路设计 8
3.3 整机原理图及工作原理 9
第四章 电路制作及调试 10
4.1 电路制作及元器件的安装 10
4.2 电路的测试 10
结 论 11
致 谢 12
参考文献 13
附录1 护栏灯LED多彩整体电路图 14
附录2 元件明细表 15

摘 要
本课题所设计的是一个护栏灯LED多彩电路，广泛应用于立交桥，河道护栏，花园，建筑外墙等场所装饰。本设计中三路七彩同步闪光电路是最重要的组成部分，它的作用是用于红、绿、蓝三基色混色实现七种颜色的变化，采用输出波形的脉宽调制，即调节LED灯导通的占空比，在扫描速度很快的情况下，利用人眼的视觉惰性达到渐变的效果。一根灯管能够同时变化出七种不同颜色，并可产生渐变、闪变、扫描、追逐、流水等各种效果，多根灯管一起配合还可以展示图形和文字。

关键字　三路七彩；同步闪光；HL4929
第 14 页
第一章 绪 论
1.1 三路七彩发光数码管的概述
三路七彩发光数码管是由红、绿、蓝三基色混色实现七种颜色的变化，采用输出波形的脉宽调制，即调节LED灯导通的占空比，在扫描速度很快的情况下，利用人眼的视觉惰性达到渐变的效果。输入电压可选220V或24V、12V，可根据应用长度和环境选择单色、双色、三基色，可选用控制器控制或电脑控制。利用三路七彩发光数码管做成的LED护栏灯是一种室外景观照明灯，能够同时实现多种色彩变化，并且可以产生同步渐变、跳变、扫描、追逐、流水效果，还可以显示图案和文字。而且它的变化时间和变化样式都可以任意控制，该产品寿命长、节能环保、光色柔和、亮度高、具有抗紫外线、防水、防潮等功能，特别适合用于广告牌背景、立交桥、房子装修、楼体亮化、建筑物轮廓等大型动感地带之中，可产生彩虹般的绚丽效果。事实证明，它已经成为照明产品中的一只奇葩，绽放在动感都市。
三路七彩发光数码管中LED数码管控制IC主要适用在全彩渐变调光控制的护栏灯、LED装饰灯类、景观灯类以及其他RGB全彩光源灯具同步扫描、全彩变色控制。随着LED光源的不断普及，越来越多的客户使用到LED控制器，在控制器选购上很多客户无从入手，就现在市场中可以任选控制器控制或电脑控制，LED护栏灯应用于桥梁、楼宇等建筑轮廓的装饰，其节能珥与艳丽的颜色和七彩梦幻般的变化，是新世纪户外装饰工程的主导方向。
1.2 设计的目的与意义
1.本设计会呈现艳丽的颜色和七彩梦幻般的变化，可以应用于桥梁、楼宇等建筑轮廓的装饰；
2.美化家庭和城市的环境；
3.本设计采用LED照明，目的在于实现节能环保；
4.为照明的应用提供了广阔的发展空间。
1.3 设计的内容及解决问题的方法
设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。该设计的主要内容是：护栏灯LED多彩电路
1.设计的内容：
（1）方案论证及系统框图；
（2）单元电路设计；
（3）电路原理及电路图；
（4）电路安装、调试。
2.设计的要求：
（1）电源部分要有电源的净化电路；
（2）能输出三路七彩同步闪光；
（3）能轮流发出七彩光。
3.解决方法：
（1）电源部分可采用简单的直流稳压电源，提供稳定的电压；
（2）采用芯片HL4929集成电路来实现七彩同步闪光和轮流发出七彩光的功能。

第二章 方案选择
本设计中有LED照明驱动的应用，其中电源是影响LED光源可靠性和适应性的一个重要组成部分必须作重点考虑。目前我国的市电是220V的交流电，而LED光源属半导体光源，通常是用直流低电压供电，就要求在这些灯具中或外部设置AC/DC转换电路，以适应LED电流驱动的特征。目前电源选择的途径有开关电源、高频电源、电容降压后整流电源等多种，根据电流稳定性，瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。
2.1 电源电路
电路由降压电路，限流电路，整流电路和稳压滤波等电路组成。原理框图如2-1：
降压电路

限流电路
稳压滤波
整流电路
~220V

图2-1 电源电路方框图
1.降压电路：这里采用电容降压型直流稳压电路，降压电容相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，所能提供的电流取决于降压电容的容量大小和电网频率。它几乎承受全部的交流电源U，应选用无极性的金属膜电容。
2.限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是U的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。
3.整流电路：有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
4.稳压滤波：电压降压回路中，电流有效值I是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有泄放电阻，以必须保证在要求的时间内泄放掉降压电容上的电荷。
2.2 三路七彩电路
本设计中要求能输出三路七彩同步闪光，所以用不同的芯片都可以实现红、绿、蓝三色LED组合混色成七彩变化。方框图如2-2：
三路七彩输出控制电路
七彩LED显示电路
3~18vV

图2-2 三路七彩输出方框图
三路输出电路是采用特殊芯片来实现。其使用的芯片有WD3712、QY3084、HL4929等等，它们都是CMOS工艺的三路七彩同步闪光集成电路，工作电压一般在3~18V，其内部集成了控制集成电路及红、绿、蓝等发光芯片,是实现自动闪烁、渐变等功能一体化的芯片。
七彩的显示是用发光二极管来实现。改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。所以根据这种特性来实现是电源更安全的电源，最为简单的方式。LED使用低压电源，供电电压在6~24V之间，根据产品不同而异，所以它比使用高压电源更安全。
综上所诉，本设计可以根据整体方案方框图2-3来设计此电路。
~220V
降压电路

限流电路
稳压滤波
整流电路
三路七彩输出控制电路
七彩LED显示电路
3~18vV

图2-3 整体方案方框图

第三章 单元电路设计
3.1 电源电路设计
电源电路是由降压电路、限流电路、整流电路、稳压滤波电路等组成。如图3-1所示：
R3

R2

~
AC22V
R0

R1
C1
DW1

R4

C4
C5
C2
C3
+
IN4007X4
0.47uF/630VV
D1 ~D4

图3-1 电源电路的原理图
图中220V的交流电经电容器C1和电阻R1组成降压电路降成18V的电压，经桥式整流、DW1稳压成15V电压后经电阻R4释放残余的电荷，以减少等待的时间，最后C4滤波最终获得直流电压9.4V供给控制电路。另一端经过电阻R2、R3的限流送入送入芯片HL4929，其中C2、C3的作用是滤除电源中的高频杂波。
3.1.1 降压电路
降压电容相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源U。当一个正弦交流电源U（如220V AC 50HZ）施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。也就是说：电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。
在电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后来选择降压电容器的容量。因为如果通过降压电容C1向负载提供的电流为Io，实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。为保证C1可以工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压，泄放电阻R4的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。
3.1.2 直流稳压电路
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。当在U的正半周时，电流从正端经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回负端，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图3-2中实线箭头表示。当在U的负半周时，其极性与图示相反，电流负端经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流向正端，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负。其电流通路如图3-2中虚线箭头所示：

图3-2 桥式整流电路
综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
在回路中整流后的电压为16V。为了能够得到稳定的电压，所以需要稳压管DW1来进行稳压，稳压后得到15V的电压。在整流电路的输出电压不是纯粹的直流，与直流相差很大，为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件电容C4组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分，可以获得最大直流电压9.4V，最小电压为5.65V。
3.2 三路七彩输出电路设计
三路七彩的输出采用芯片HL4929集成电路来实现，HL4929是CMOS工艺的三路七彩同步闪光集成电路。工作电压高，输出电流大,用交流市电频率作为时钟脉冲输入,通过两个分频比设置端改变四档变化速度来适应不同的外部时钟（50Hz/60Hz）。适合用红、绿、蓝三色LED组合混色成七彩变化，用于LED灯泡的生产，可直接驱动多组LED。既可单只使用，也适合交流同步灯场合。那么HL4929管脚如图3-3所示：

图3-3 HL4929管脚图
其引脚功能如表3-1所示：
表3-1 HL4929引脚功
引脚
1
2
3
4
5
6
7
8
符号
Q1
Fin
H
L
GND
Q3
Vdd
Q2

功能
PMOS开漏输出端
外部时钟脉冲输入端
分频比设置端1
分频比设置端2
电源地（VSS）
PMOS开漏输出端
电源正极
PMOS开漏输出端
在芯片接入电源时，PMOS开漏输出端接相应的发光二极管（以Q1接红色LED、Q2接绿色LED、Q3接蓝色LED为例）时，会产生渐变闪烁，出现三路七彩同步闪光，当外部时钟脉冲输入端输入不同的外部时钟时，可以通过两个分频比设置端改变四档变化速度，调节分频比时每步所保持的时间不同。它一共有四个速度可以调节（0.64S、1.28S、2.56S、5.12S），分频设置如表3-2：
表3-2 分频设置
分频比设置端H
分频比设置端L
每步保持时间（秒）
H=1（接VDD 或悬空）
L=1（接VDD 或悬空）
0.64
H=0（接Vss）
L=1（接VDD 或悬空）
1.28
H=1（接VDD 或悬空）
L=0（接Vss）
2.56
H=0（接Vss）
L=0（接Vss）
5.12
发光二极管所产生的红绿蓝三基色混色实现七种颜色的变化，采用输出波形的脉宽调制，即调节LED灯导通的占空比。在扫描速度很快的情况下，利用人眼的视觉惰性达到渐变的效果。如果用在一根灯管上能够同时变化出七种不同颜色，并可产生渐变、闪变、扫描、追逐、流水等各种效果，多根灯管一起配合还可以展示图形和文字。根据调节的时间输出色彩的顺序就不同，输出模式如表3-3：
表3-3 输出模式
输出顺序
1
2
3
4
5
6
7
Q1
R
R

R
R

Q2
G

G

G

G
Q3
B
B
B
B

混色效果
白
紫
湖蓝
蓝
黄
红
绿
3.3 整机原理图及工作原理
护栏灯LED多彩电路的整机原理图见附录1。它的工作原理是：图中220V的交流电经电容器C1降压后经桥式整流、DW1稳压后经电阻R4释放残余的电荷，以减少等待的时间，最后经C4滤波最终获得3～18V的稳定直流电压供给芯片HL4929。另一端市电频率经过电阻R2、R3的限流直接送入芯片HL4929外部时钟脉冲输入端。当芯片产生电压后，芯片HL4929的PMOS开漏输出端所连接的发光二极管会发出三路七彩同步闪光。当调节两个分频设置端时，三路七彩出现不同色彩的跳变时间就不同。R5、R6、R7为LED的限流电阻，需分别调整阻值大小，使三种颜色均衡。驱动多只LED时，可先串联再并联，此时由于工作电流增大，降压电容的数值也需相应增大。

第四章 电路制作及调试
4.1 电路制作及元器件的安装
这里我采用万用印制电路板对电路进行安装制作，首先在万用板上进行电路排版，然后按照元器件的安装要从上到下，从左到右，先特殊再一般，先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。应按如下步骤进行焊接与安装：
1.清查元器件的数量及质量，并及时更换不合格的元件。
2.由孔距确定元件的安装方式，电阻器采用卧式安装，瓷片电容器、电解电容器采用立式安装，并都要求紧贴电路板。
3.插装HL4929芯片时务必小心，引脚全部插进后再焊接，并注意与散热器的孔位吻合。各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、假焊及短路，焊后剪去多余引脚，并检查所有焊点，确认无误后方可通电测试。同时还要注意二极管正负级以及电路板的接线，不得有误。
4.2 电路的测试
全部元器件及插件焊接完后，经过认真仔细检查后方可通电测试，调试过程中要用1:1隔离变压器接入AC220V电路中，以防触电。用万用表直流电压档测量经整流滤波后的电压，当接上电源后，观察发光二极管是否发光，如果发光说明电路是正确的。当发光二极管开始跳变时，每次所需的电压值就不同，经测最大电压为9.4V，此时产生蓝色光，最小电压为5.65V此时发出红绿蓝三色光。然后再调节芯片的两个分频设置端上的开关，若能够根据所调节的速度使发光二极管产生不同顺序的色彩，说明此设计正确。
结 论
护栏灯LED多彩电路的设计采用特殊芯片增设稳压保护，延长产品的使用寿命。灯体两端LED灯无眩光,可多彩变幻，抗冲击力极好，防尘，防潮，耐压比日光灯式的更柔和，又具有霓虹灯式的明艳及动感外配大功率主控箱及驱动器。可单个或多个组合使用，也可多栋建筑色彩同步变幻无辐射，散热好。本设计特别适合应用于广告牌背景、立交桥、河、湖护栏、建筑物轮廓等大型动感光带之中，可产生彩虹般绚丽的效果。事实证明，它已经成为照明产品中的一只奇葩，绽放在动感都市。其节能珥与艳丽的颜色和七彩梦幻般的变化，是新世纪户外装饰工程的主导方向。
致 谢
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。在整个项目开发过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦，相信会对今后的学习、工作、生活有非常重要的影响。
经过一段时间的设计与制作，在老师的大力支持和细心指导下，本次毕业设计终于完成了，在此我要对带我毕业设计的王志强老师真诚的说声谢谢，在设计期间，是你细心的给我讲解，让我从不懂到懂，而且在设计时给我提供了很多免费的器材，最重要的是在你百忙之中每次都不怕麻烦的抽时间给我耐心的讲解，虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。在此我要说：“王老师，谢谢你，你辛苦了”。
除此这外我还要感谢平时给我讲解的其他老师，是你们给予了我必要的指导和支持，同时我还要谢谢我的同学们，是你们平时给我指出很多错误，使我在错误中取得了经验,谢谢你们了。

参考文献
[1] 华成英 诗白主编.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社，2006
[2] 张洪润主编.电子线路与电子技术.北京.清华大学出版社，2006
[3] 杨恒主编.LED照明驱动电路设计与实例精选.北京.中国电力出版社，2008
[4] 王一群.电子技术及制作.福建.福建科技出版社，2004
[5] 郑应光主编.模拟电子线路(一).南京.东南大学出版社，2004
[6] 郑应光主编.模拟电子线路(二).南京.东南大学出版社，2005

附录1 护栏灯LED多彩整体电路图
R2 2M
R3 47K
~
AC220V
8 7 6 5
HL4929
1 2 3 4

R1
470K
100/3W
R0
R6
R5
R7
IN4007X4
DW1
R4
20K
+ C4
470Uf
C5
104
C2
103

C3
103

C1

0.47Uf/630v

BLUE
GREEN
RED
D1~D4
5~18V

附录2 元件明细表
名称
型号及阻值
数量（个）
电阻
100/3W
1
电阻
470K
1
电阻
2M
1
电阻
47K
1
电阻
20K
1
电阻
100Ω
3
电容
0.47uf/630V
1
电容
47uf
1
瓷片电容
103
2
瓷片电容
104
1
二极管
IN4007
4
发光二极管

6
芯片
HL4929
1