一种集成式LED发光模组的制作方法

本发明涉及一种集成式LED发光模组。

背景技术：

LED发光模组一般包括多个LED灯，由于受制于控制器的有限的端口资源，现有的方案是将多个LED灯分为多组，每组分开控制，这种控制方式控制效果较差，因为无法单个的控制其中一个LED灯，或无法控制其中的任意多个LED灯，实际应用时灵活性较差，而且，由于无法精确控制，因此节能效果差。

另外，现有的方案中，一般是基于具体应用设计专用的调光方案，扩展性差。

因此，有必要设计一种新的集成式LED发光模组。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成式LED发光模组，该集成式LED发光模组能基于有限的端口资源实现任意一个或多个发光模块的控制，灵活性好，扩展性好。

发明的技术解决方案如下：

一种集成式LED发光模组，包括LED发光阵列、CPU、调光模块、多路模拟开关和M个锁存器；多路开关为M选1模拟开关；多路开关的通道数和锁存器的个数均为M；M为自然数；

LED发光阵列包括M*N个并联的LED发光模块；调光模块与电源相连；多个LED发光模块均与调光模块的输出端相连；M*N个LED发光模块分为M组，每组包括N个LED发光模块；

调光模块受控于CPU，CPU通过调光模块控制调光模块的输出电压或输出电流；

CPU、多路模拟开关、锁存器和LED发光阵列依次相连：

CPU通过多路模拟开关和锁存器控制LED发光阵列中的任意一个或任意多个LED发光模块的选通和关闭；

每一个LED发光模块包括三极管Q、保护电阻R和至少一个LED灯；三极管Q的C极接调光模块的输出端，B极接锁存器的数据输出端口Qx，x=0,1，…,N-1;三极管Q的E极通过保护电阻R接地；

CPU的锁存信号输出端C1接多路模拟开关的输出通道；多路模拟开关的选通端与CPU的输出端口相连；多路模拟开关的M个输入通道分别接M个锁存器的锁存信号输入端C；

CPU的N位数据总线与锁存器的N个信号输入端D相连；

第i个锁存器的N个信号输出端Q分别接第i组的N个LED发光模块的三极管Q的B极；i=0,1，…,M-1。

调光模块为PWM调光模块。

M为4,8，16或32。

N为8、16或32。

作为优选， M为4，N为16，多路模拟开关的选通端为2个。

LED发光模块为具有储能功能的LED发光模块；发光模块还包括储能电感L和续流二极管Dx；LED灯或LED灯串与储能电感串联形成发光支路；续流二极管与所述的发光支路并联。

M*N个LED发光模块排成具有正方形网格的方形阵列，任意4个上下左右相邻的LED发光模块的连线形成一个正方形。

M*N个LED发光模块排成具有正三角形网格的方形阵列，任意3个上下相邻的LED发光模块位的连线形成一个正三角形。

集成式LED发光模组的控制方法如下：

步骤1：初始化；

步骤2：加载显示参数data到LED发光阵列；

步骤3：判断显示参数data是否存在变化，若没有变化，继续等待，若有变化，将变化后的数据赋值给data，并返回步骤2；（可以通过按键或触摸屏设置参数data）

步骤1的初始化是关闭（即使得所有的LED灯不亮）所有的LED发光模块，给显示参数data赋值；

所述的步骤2的具体过程为：

选通多路开关的第i个通道，控制CPU的锁存信号输出端C1为上升沿，将data中的第i组数据加载到第i组的N个LED发光模块的三极管上；i依次为1,2，…,M。

LED发光模块包括2个LED灯和插体（12）；电路板上设有插座；插座内设有用于插入插体的插孔；插孔的底部设有用于为插入式发光模块供电的插座触点；插体上设有用于与所述插座触点接触的插体触点；

LED发光模块具有花瓣形灯罩，花瓣形灯罩由4个单瓣对接而成；4个单瓣的一端连接形成花瓣形灯罩的灯碗，4个单瓣的另一端形成灯罩的外展部，LED发光模块位于灯碗的底部；灯碗的底部为平面，该平面为灯头的发光面，4个单瓣在发光面的投影为“十”字形，任2个相邻的单瓣在发光面投影的夹角为90度；

LED发光模块包括2个发光基点；每一个发光基点为一个LED灯；两个发光基点的连线与每一个单瓣的中心线在发光面投影线的夹角均为45度。

插座触点和插体触点均为2个；插孔为圆孔，插体为圆柱形，插孔的内壁设有与所述插体触点适配的2条插槽；2个插座触点关于插孔的轴线对称布置；2个插体触点关于插体触点的轴线对称布置；

插孔的底端设有分别为2个插体触点旋转导向的2条导向通道，导向通道的尽头设有环形挡块，插座触点设置在导向通道和环形挡块的交接处；

所述的插座触点为弹性触点；插座触点包括底板、顶板、圆形凸台和弹簧；弹簧设置在底板和顶板之间；圆形凸台固定在顶板上；插体触点的顶端为球面，顶板用于与插体触点接触，圆形凸台用于防止插体触点在无外力作用时回退。

LED灯设置在灯板上，所述的LED灯包括灯珠、支撑柱（53）和反光罩（54）；支撑柱为两根，垂直灯板设置，用于支撑反光罩；反光罩设置在2根支撑柱的前端；反光罩位于灯珠的前方；灯珠位于2根支撑柱之间。

LED灯为三色灯，插座连接有用于设置三色灯颜色的驱动电路。

插座连接有用于调节三色灯亮度的调光电路。一个插体连接2-10个灯头。优选地，一个插体连接3个灯头。

插座连接有遥控电路。

LED发光模块包括LED灯和圆柱形的插体；

插体上设有正极插条和负极插条；正极插条和负极插条的外侧边各设有一个具有斜坡的凹陷部；2个凹陷部位于正极插条和负极插条的前端；2个凹陷部中分别设有正极静触点和负极静触点；电路板上设有与插体适配的插座；插座具有容纳插体的插孔；插孔的内壁设有分别于正极插条和负极插条对应的正极插槽和负极插槽；

为避免正负极反接，正极插条的宽度大于负极插条的宽度；正极插槽的宽度大于负极插槽的宽度；

正极插槽和负极插槽均设有一个横向的插孔（径向）；正极插槽和负极插槽的插孔中分别设有带弹簧的正极弹性触点和负极弹性触点；插体插入插座后，正极弹性触点与正极静触点接触，负极弹性触点与负极静触点接触；完成电连接。 由于凹陷部的斜坡的存在，拔出和插入都很方便。

正极弹性触点和负极弹性触点的前端为球面。

控制器通过电流检测电路实时监测调光模块输出的总电流，当总电流高于预设阈值时，减小PWM脉冲的占空比，或关闭部分或全部发光模块，实现过流保护。

本发明的技术构思说明：现有的CPU（如单片机，DSP）等，端口资源有限，而发光模块需要调光，还需要精确控制，虽然单纯地基于锁存器的方案广泛应用在数码管显示领域，但是锁存器没有与多路开关以及调光模块结合用于控制单个的发光模块阵列，因此，本发明的方案是独创的。

有益效果：

本发明的集成式LED发光模组，具有以下特点：

1. 精确控制

采用多路开关和锁存器结合，通过显示参数data能精确控制其中任意一个或任意多个发光模块，实现精确控制。

2. 节约端口资源，扩展性好。

采用数据总线与锁存器相连，再采用多路开关进行多个锁存器的选通切换，以最小的资源实现最精确的控制，且若需增加阵列的规模，只需升级多路开关的路数以及锁存器的数量，易于扩展。电路的总体架构不变。无需更换CPU。

3.可靠性高；

将多个LED灯分为N组，能轮换启动和切换工作，避免某一个灯长时间工作发热量大而损坏LED灯，因此，可靠性高。

4. 便于恒压控制：

由于多个发光模块并联，因此适合恒压控制，另外电感和续流二极管的采用进一步恒定电流，避免LED灯的忽明忽暗，提供稳定的光效。

5. 电路简单，易于实施。

多路模拟开关、调光芯片和MCU均为成熟模块，易于实施。

6.采用PWM调光机制，能实现无级调光；

综上所述，这种集成式LED发光模组功能丰富，可靠性高，能精确控制，且易于扩展，易于实施，构思巧妙。

本发明采用的基于仿生学的LED模块，具有以下独特的优点：

（1）LED灯采用三色灯，能模拟不同颜色的桂花，灵活性好，能带来不同的灯效。

（2）采用插体-插座连接机构，装卸方便，易于大批量生产。

（3）一个插体上可以带多个灯头，模拟桂花的造型，外形独特，具有特别的灯效。

（4）设计了旋入式的触点配合机构，以及设计了弹性的底座触点，能有效防止插体触点回退，连接可靠性高。

（5）LED灯设计独特，采用反光罩能防止过强的光线射出，而且反光罩形成的暗部和花瓣形的灯罩正好模拟桂花的造型，这种外观是独一无二的。

（6）采用调光电路能调节LED灯的明暗，采用遥控对LED灯进行亮度调节，实用性好。

本发明还设计了另一种简洁的插体与插座配合，结构简单，易于连接和拆卸，实用性好。

附图说明

图1为系统的总体电原理框图；

图2为调光模块原理图；

图3为方形发光阵列示意图；

图4为三角形发光阵列示意图；

图5为插体上连接3个灯头的插入式发光模块的结构示意图；

图6为灯头的仰视图；

图7为插体上连接1个灯头的插入式发光模块的结构示意图；

图8为插体顶端端面示意图；

图9为插座外端面示意图；

图10为插座剖面示意图；

图11为图10中A-A向剖面图；

图12为弹性插座触点与插体触点配合示意图；

图13为LED灯结构示意图；

图14为实施例3的插体端面示意图；

图15为实施例3的插座端面示意图；

图16为实施例3的插体插座配合示意图。

标号说明:1-灯头，2-导线，3-插座，4-插体触点，5-LED灯，6-单瓣，7-插孔，8-插槽，9-插座触点，10-导向通道，11-环形挡块，12-插体；51-灯珠，52-灯板，53-支撑柱，54-反光罩；91-圆形凸台，92-底板，93-顶板，94-弹簧。41-正极静触点，42-负极静触点，61-正极插条，62-负极插条，81-正极插槽，22-负极插槽，71-正极弹性触点，72-负极弹性触点。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：如图1至4，一种集成式LED发光模组，包括LED发光阵列、CPU、调光模块、多路模拟开关和M个锁存器；多路开关为M选1模拟开关；多路开关的通道数和锁存器的个数均为M；M为自然数；

LED发光阵列包括M*N个并联的LED发光模块；调光模块与电源相连；多个LED发光模块均与调光模块的输出端相连；M*N个LED发光模块分为M组，每组包括N个LED发光模块；

调光模块受控于CPU，CPU通过调光模块控制调光模块的输出电压或输出电流；

CPU、多路模拟开关、锁存器和LED发光阵列依次相连：

CPU通过多路模拟开关和锁存器控制LED发光阵列中的任意一个或任意多个LED发光模块的选通和关闭；

每一个LED发光模块包括三极管Q、保护电阻R和至少一个LED灯；三极管Q的C极接调光模块的输出端，B极接锁存器的数据输出端口Qx，x=0,1，…,N-1;三极管Q的E极通过保护电阻R接地；

CPU的锁存信号输出端C1接多路模拟开关的输出通道；多路模拟开关的选通端与CPU的输出端口相连；多路模拟开关的M个输入通道分别接M个锁存器的锁存信号输入端C；

CPU的N位数据总线与锁存器的N个信号输入端D相连；

第i个锁存器的N个信号输出端Q分别接第i组的N个LED发光模块的三极管Q的B极；i=0,1，…,M-1。

调光模块为PWM调光模块。

M为4，N为16，多路模拟开关的选通端为2个，分别是A和B。

LED发光模块为具有储能功能的LED发光模块；发光模块还包括储能电感L和续流二极管Dx；LED灯或LED灯串与储能电感串联形成发光支路；续流二极管与所述的发光支路并联。

M*N个LED发光模块排成具有正方形网格的方形阵列，任意4个上下左右相邻的LED发光模块的连线形成一个正方形。

M*N个LED发光模块排成具有正三角形网格的方形阵列，任意3个上下相邻的LED发光模块位的连线形成一个正三角形。

集成式LED发光模组的控制方法如下：

步骤1：初始化；

步骤2：加载显示参数data到LED发光阵列；

步骤3：判断显示参数data是否存在变化，若没有变化，继续等待，若有变化，将变化后的数据赋值给data，并返回步骤2；（可以通过按键或触摸屏设置参数data）

步骤1的初始化是关闭（即使得所有的LED灯不亮）所有的LED发光模块，给显示参数data赋值；

所述的步骤2的具体过程为：

选通多路开关的第i个通道，控制CPU的锁存信号输出端C1为上升沿，将data中的第i组数据加载到第i组的N个LED发光模块的三极管上；i依次为1,2，…,M。

实施例2：在实施例1的基础上，对LED发光模块进一步改进：

如图5-13，LED发光模块包括2个LED灯和插体12；电路板上设有插座3；插座内设有用于插入插体的插孔7；插孔的底部设有用于为插入式发光模块供电的插座触点9；插体上设有用于与所述插座触点接触的插体触点4；

LED发光模块具有花瓣形灯罩，花瓣形灯罩由4个单瓣6对接而成；4个单瓣的一端连接形成花瓣形灯罩的灯碗，4个单瓣的另一端形成灯罩的外展部，LED发光模块位于灯碗的底部；灯碗的底部为平面，该平面为灯头的发光面，4个单瓣在发光面的投影为“十”字形，任2个相邻的单瓣在发光面投影的夹角为90度；

LED发光模块包括2个发光基点；每一个发光基点为一个LED灯5；两个发光基点的连线与每一个单瓣的中心线在发光面投影线的夹角均为45度。

插座触点和插体触点均为2个；插孔为圆孔，插体为圆柱形，插孔的内壁设有与所述插体触点适配的2条插槽8；2个插座触点关于插孔的轴线对称布置；2个插体触点关于插体触点的轴线对称布置；

插孔的底端设有分别为2个插体触点旋转导向的2条导向通道10，导向通道的尽头设有环形挡块11，插座触点设置在导向通道和环形挡块的交接处；

所述的插座触点为弹性触点；插座触点包括底板92、顶板93、圆形凸台91和弹簧94；弹簧设置在底板和顶板之间；圆形凸台固定在顶板上；插体触点的顶端为球面，顶板用于与插体触点接触，圆形凸台用于防止插体触点在无外力作用时回退。

LED灯设置在灯板52上，所述的LED灯包括灯珠51、支撑柱53和反光罩54；支撑柱为两根，垂直灯板设置，用于支撑反光罩；反光罩设置在2根支撑柱的前端；反光罩位于灯珠的前方；灯珠位于2根支撑柱之间。

LED灯为三色灯，插座连接有用于设置三色灯颜色的驱动电路。

插座连接有用于调节三色灯亮度的调光电路。一个插体连接2-10个灯头。优选地，一个插体连接3个灯头。

插座连接有遥控电路。

实施例3：在实施例1的基础上，对LED发光模块的连接结构进一步改进：如图14-16，LED发光模块包括LED灯和圆柱形的插体12；

插体上设有正极插条61和负极插条62；正极插条和负极插条的外侧边各设有一个具有斜坡的凹陷部；2个凹陷部位于正极插条和负极插条的前端；2个凹陷部中分别设有正极静触点41和负极静触点42；电路板上设有与插体适配的插座；插座具有容纳插体的插孔；插孔的内壁设有分别于正极插条和负极插条对应的正极插槽和负极插槽；

为避免正负极反接，正极插条的宽度大于负极插条的宽度；正极插槽的宽度大于负极插槽的宽度；

正极插槽和负极插槽均设有一个横向的插孔（径向）；正极插槽和负极插槽的插孔中分别设有带弹簧94的正极弹性触点71和负极弹性触点72；插体插入插座后，正极弹性触点与正极静触点接触，负极弹性触点与负极静触点接触；完成电连接。 由于凹陷部的斜坡的存在，拔出和插入都很方便。

具体来讲，可以部分LED模块采用实施例2的插体插座连接机构，部分LED模块采用实施例3的插体插座连接机构。