专利名称：颜色可随机变化的256色彩灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及装饰灯具领域，具体涉及一种颜色连续可调的装饰灯具。
背景技术：
目前，灯具市场上颜色可调节的灯具种类较少，而且颜色一般不超过七种。在调节颜色过程中，现有灯具大多使用荧光灯管或多个发光器件构成光源，能耗较高。已有的多彩灯具的颜色变化原理及实现方式为改变红、绿、蓝三基色灯泡的电压，三种颜色的灯泡是同时亮的，只是由于亮度不同混合出不同的颜色；对于七色彩灯，一段时间内，三色灯泡同时亮，另一段时间内只亮其中的一个或者两个灯泡。其色彩单调，不能连续变化，视觉效果不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种颜色可随机变化的256色彩灯，解决现有的颜色可调节的灯具颜色种类少、不能连续变化、视觉效果不够理想、能耗较高的问题，提供一种颜色连续可调、色彩丰富、能耗低的装饰灯具，其颜色可以自动调节，也可以手动调节。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，具体包括电源模块、红、绿、蓝三基色大功率发光二极管和灯罩，其特征在于该灯具设有控制模式选择单元、用户输入单元、模拟量/数字量转化单元、微处理单元和二极管驱动单元，所说的控制模式选择单元为拨段开关，所说的用户输入单元为电位器，所说的模拟量/数字量转化单元为八位或八位以上的模/数转化芯片，该芯片包括转换启动信号引脚、转换结束标志信号引脚、数字量输出引脚、数据输出允许控制引脚，所说的微处理单元为单片机，所说的二极管驱动单元为非门集成芯片；拨段开关的两端分别连接到低电平和高电平，拨段开关的中端连接到单片机的一个I/O引脚，决定灯具的工作模式为手动颜色调节模式或自动颜色调节模式，电位器的两端分别连接到低电平和高电平，电位器的中端连接到模/数转化芯片的一个由地址输入控制端控制该引脚输入有效的引脚；模/数转化芯片的转换启动信号引脚连接到单片机的一个I/O引脚，由单片机通过程序驱动，转换结束标志信号引脚连接到单片机的一个I/O引脚，将转换结束标志信号传送给单片机，数字量输出引脚分别连接到单片机相应的I/O引脚，将转换结果输入给单片机，数据输出允许控制引脚连接到单片机的一个I/O引脚，由单片机控制模/数转化芯片的数据输出；单片机的三个I/O引脚分别连接到非门集成芯片的三个输入引脚，非门集成芯片的三个输出引脚分别连接红、绿、蓝三基色大功率发光二极管的阴极引脚，通过非门共阳控制发光二极管的点亮，红、绿、蓝三基色大功率发光二极管接受非门集成芯片送来的脉冲，按一定的顺序和时间点亮，从而使灯具发出不同的颜色。
本发明可以通过用户输入单元手动调节颜色，也可以通过微处理单元自动调节颜色，通过一个拨段开关，可以方便地在两种控制模式间进行切换。在手动颜色调节模式下，本发明可通过旋转电位器实现颜色的连续调节，旋转电位器一周，灯的颜色逐渐变化，经历红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及其中的过渡颜色；在自动颜色调节模式下，本发明可通过微处理单元控制颜色自动改变，而且颜色的变化和颜色的呈现时间是随机的，即观察者既不知道下一刻灯会是什么颜色，也不知道这种颜色会持续多久，给人一种魔幻浪漫的感觉。
本发明还具有以下优点使用一个电位器旋纽即可手动调节颜色，简单方便，颜色调节连续性好，覆盖颜色多；使用三个大功率发光二极管，功耗低，工作可靠，寿命长；自动调节颜色实现了灯的颜色的变化和颜色的呈现时间随机变化，具有梦幻般的色彩。
图1本发明灯具的结构示意框图；图2本发明灯具的电路原理示意图；图3本发明灯具的控制流程示意图；图4立方体颜色模型；图5三相正弦交流电颜色模型；图6正三角锥颜色模型。
具体实施例方式
图1为灯具结构框图，图中1为电源模块，2为红、绿、蓝三基色大功率发光二极管，R-LED为红色，G-LED为绿色，B-LED为蓝色，3为控制模式选择单元，4为用户输入单元，5为模拟量/数字量(A/D)转化单元，6为微处理单元，7为二极管驱动单元。
本发明的电源模块1将220V50Hz的交流电转化为5V直流电对整个系统供电，选用可将220V50Hz的交流电转化为5V直流电、输出功率1W或1W以上的模块电源或者开关电源，例如可选用利德华福HAS2.5-5.WED；控制模式选择单元3采用一拨段开关，拨段开关的两端分别连接到低电平和高电平，中端连接到微处理单元6的一个I/O引脚，拨段开关输入0或1到微处理单元的一个I/O口，决定灯具的工作模式为手动调节颜色模式，或者自动调节颜色(随机)模式；用户输入单元4采用一电位器，电位器的两端分别连接到低电平和高电平，电位器旋转到不同位置输出不同的模拟量，电位器选用机械旋转角度270°-360°为宣，功率越小越好，例如，可以选用RA16Y型、0.5W电位器，其机械角度290°，外形尺寸φ16.5MM；模拟量/数字量(A/D)转化单元5将电位器送来的模拟量A转化为数字量D后，输入到微处理单元6，模拟量/数字量(A/D)转化单元为八位或八位以上的模/数转化芯片，例如，可以采用ADC0809芯片，或任何类似ADC0809之类的八位或八位以上的模/数转化芯片；所说的微处理单元6采用单片机，例如可以采用AT89C51或AT89C52芯片，单片机带有产生对应三基色大功率发光二极管的点亮时间及其混合颜色持续时间的伪随机数程序(具体控制流程参见图3)，单片机6接收拨段开关3的控制信号和模/数转化芯片5转化的数字量，通过程序控制二极管驱动单元7；所说的二极管驱动单元采用非门集成芯片，例如可以采用非门74LS04，非门集成芯片7接收单片机6送来的信号进而确定是否点亮二极管2；红、绿、蓝三基色大功率发光二极管R、G、B受非门集成芯片7的控制按一定规律亮灭，在灯罩和视觉惰性的作用下显示出某一种颜色。上述模拟量/数字量转化单元和微处理单元可以合二为一，只使用一片带模数转化的微处理芯片，例如飞利普的P87LPC768。
图2为灯具电路原理示意图，拨段开关的两端分别连接到低电平和高电平，拨段开关输入1(或0)到单片机6的I/O口时，灯具的工作模式为手动颜色调节模式；输入0(或1)时，灯的工作模式为随机模式。电位器的两端分别连接到低电平和高电平，电位器的中端连接到模/数转化芯片5的一个引脚，例如INO，由地址输入控制端控制该引脚输入是否有效，对本实施例而言，ADDA、ADDB和ADDC为三个地址输入控制端，其全部为低电平时，INO输入有效。模/数转化芯片5的转化启动信号引脚START连接到单片机6的一个I/O引脚，由单片机通过程序驱动，具体控制流程参见图3。EOC为A/D转化结束标志位，输入到单片机6的一个I/O口，当单片机检测到A/D转化结束后，将转化结果通过数字量输出端D0-D7输入到单片机的八个I/O口。模/数转化芯片5的数据输出允许控制引脚OE(或控制A/D是否工作的片选信号引脚CS)连接到单片机6的一个I/O引脚，由单片机控制模/数转化芯片的数据输出。单片机6的三个I/O引脚分别连接到74LS04非门集成芯片7的三个输入引脚。非门集成芯片的三个输出引脚分别连接红、绿、蓝三基色大功率发光二极管R、G、B的阴极引脚，由于大功率发光二极管的电流很大，本发明通过非门共阳控制发光二极管的点亮。所说的红、绿、蓝三种颜色的发光二极管R、G、B接受74LS04非门集成芯片送来的脉冲，按一定的顺序和时间来点亮，从而使灯具发出不同的颜色。
上述模块和芯片其它引脚的连接方式按照该器件公知的连接方式进行连接，例如，模拟量/数字量转化单元的CLK为A/D转化的工作脉冲，可以由单片机的一个控制脚CTNL0经过分频得到或单独的CLK源输入。
图3为灯具的控制程序示意图，开机后进行初始化伪指令，给源程序中的符号以标示，例如STAR EQU P3.0，EOC EQU P3.1等；然后进行模式判断，根据拨段开关送来的值是0还是1决定进入手动颜色调节模式还是随机模式。如进入手动颜色调节模式子程序，首先进行A/D转化，将电位器输出的模拟量转化为数字量，由转化来的数字量查表可以得到三基色大功率发光二极管的点亮时间(表是由渐变算法得到的，算法是根据几种颜色模型得来，这一过程可根据现有技术编好程序，由单片机进行处理)，依照点亮时间依次点亮红、绿、蓝三基色大功率发光二极管，点亮结束后再次进入模式判断状态，如此循环。如进入颜色随机模式子程序，产生两个八位伪随机数，分别对应三基色大功率发光二极管的点亮时间和这种颜色的持续时间(其中一个查表得到三基色大功率发光二极管的点亮时间，另外一个对应这种颜色的持续时间)，依照点亮时间依次点亮三基色大功率发光二极管，显示一种随机颜色；判断颜色的持续时间是否到，没到则继续显示这种颜色，到了则再次进入模式判断状态，如此循环。
在手动颜色调节模式下，通过旋转电位器旋钮输入不同的模拟量，经过ADC0809芯片转化为不同的数字量后，送给单片机的P1口，单片机计算出对应的红、绿、蓝三种颜色大功率发光二极管的点亮时间后，从P0.0、P0.1、P0.2口送出相应的脉宽，依次点亮三种颜色的二极管，发光二极管的点亮时间都在微秒级，远小于人眼的视觉暂留时间0.05秒至0.2秒，由于人眼的视觉惰性观察者看到的是红、绿、蓝三种颜色混合出来的一种颜色。一种颜色的持续时间由电位器在某一位置的停留时间决定，当电位器固定不动时，颜色保持不变，当手动旋转电位器时，颜色产生相应变化。电位器旋转一周，灯的颜色逐渐变化，经历红橙黄绿青蓝紫以及其中的任意过渡颜色，几乎涵盖了人眼可识别的所有颜色。例如当电位器输入的电压为0V时，经过A/D转化后为0，查R、G、B点亮时间表得到255，0，0，显示为红色。
在随机模式下，通过一个伪随机数程序不断地产生一对对随机数，其中第一个对应三基色大功率发光二极管的点亮时间，第二个对应红、绿、蓝三种颜色混合出来的一种颜色的持续时间。灯在单片机的控制下颜色会自动随机改变，一种颜色的点亮时间可以是0.5秒至2秒之间的随机数，即观察者既不知道下一刻灯会是什么颜色，也不知道这种颜色会持续多久，给人一种魔幻浪漫的感觉。
一种颜色的持续时间(即模拟电位器在每一个位置停留的时间)可设定为0.5秒至2秒之间的随机数(random)，例如，0.5、0.6、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0秒(得到的随机数random为0-255，加1后为1-256，0.5+1.5*random/256即可得到点亮时间)。
拨段开关中端连接单片机P3.5口，两侧分别接低电平和高电平，单片机在每个微秒级的工作周期内查询P3.5口的状态一次，从而实现两种状态间的切换。
本发明的有益效果是一、仅一个电位器旋纽就可以手动调节灯的颜色逐渐变化，而且颜色涵盖了人眼可识别的所有颜色，使用大功率发光二极管功耗低，可靠性好、寿命长；二、实现了灯的颜色和点亮时间随机任意性，赋予其梦幻色彩。
上述灯具中，红、绿、蓝三种颜色的发光二极管应当依次点亮，每个点亮周期内三种颜色的二极管点亮时间之和不大于人眼视觉暂留时间0.05秒至0.2秒，即可产生较好的变色效果，作为一种具体实施方案，本发明设定其不大于0.02秒，例如，0.02秒、0.015秒、0.01秒、0.005秒等都是可以选择的方案。呈现的颜色的是红、绿、蓝三种颜色的发光二极管点亮时间的比例(前提是一个周期内三者点亮时间之和不大于0.02秒)，例如，当三种颜色的二极管点亮的比例R∶G∶B＝1∶0∶0时为红色，当R∶G∶B＝0∶1∶0时为绿色，当R∶G∶B＝0∶0∶1时为兰色，当R∶G∶B＝1∶1∶1时为白色，当R∶G∶B＝1∶1∶0时为黄色，当R∶G∶B＝1∶0∶1时为紫色，当R∶G∶B＝0∶1∶1时为青色。两种颜色的二极管同时点亮与不亮，其混合颜色并没有什么不同，关键问题是一个周期(三基色大功率发光二极管依次点亮时间之和)内三者点亮时间的比值，若有时两者或者三者同时亮，理论上也行，但实际上带来新的问题系统的功率是变化的，灯的亮度是变化的，而亮度某种程度上影响颜色，显示效果会变坏；功率有些时刻超过1W，电源模块1的功率应加大，例如从1.5W增加到2.5W(若顶多只有两灯同时亮)或者5W(若有三灯同时亮)，成本增加而效果并未得到改进。
本发明可以有256种颜色，对应有256组R、G、B点亮时间比例，它们是利用颜色模型做出一个表的。在随机模式下，先产生两个随机数，第一个对应数组的序号(也就是R、G、B点亮时间，对应一种颜色)，第二个随机数对应持续呈现这种颜色的时间。某种颜色对应的发光二极管点亮时间渐变的方案可以按照现有技术中的数学模型进行设计，例如可以采用的方案有1.立方体颜色模型如图4所示，以RGB为坐标轴的单位立方体内，每个点的坐标对应三个灯管的点亮时间，生成一种颜色，1--7点依次对应红色、黄色、绿色、青色、兰色、品红、白色，8位A/D转化后的数字量从0递增到255，相应的颜色坐标从1连续过渡到7。
2.三相正弦交流电模型如图5所示，借用三相正弦交流电中三相电流或电压的模型，在三相正弦交流电中，A、B、C三相电压如下
uA＝UmsinωtuB＝Umsin(ωt-120°)uC＝Umsin(ωt-240°)＝Umsin(ωt+120°)三相交流电的一个重要特性是任意时刻三相之和为0，若每一相都加上Um，则任意时刻之和为3Um。
3.正三角锥模型如图6所示，结合方案一和方案二中的两个模型，保持三者点亮时间之和不变，且遍历所有的可能。在图6中由R1、G1、B1构成的三角形面上，三者之和保持不变，每一点均代表一种颜色，因此只须将三角形不重复地覆盖一次即可。工作过程为A/D转化后的8位数据---->查表(由颜色模型得到)得到R、G、B点亮时间---->依次点亮三基色大功率LED就可以显示所要的颜色了。
权利要求
1.一种颜色可随机变化的256色彩灯，包括电源模块(1)、红、绿、蓝三基色大功率发光二极管(2)和灯罩，其特征在于该灯具设有控制模式选择单元(3)、用户输入单元(4)、模拟量/数字量转化单元(5)、微处理单元(6)和二极管驱动单元(7)，所说的控制模式选择单元(3)为拨段开关，所说的用户输入单元(4)为电位器，所说的模拟量/数字量转化单元(5)为八位或八位以上的模/数转化芯片，该芯片包括转换启动信号引脚、转换结束标志信号引脚、数字量输出引脚、数据输出允许控制引脚，所说的微处理单元(6)为单片机，所说的二极管驱动单元(7)为非门集成芯片；拨段开关的两端分别连接到低电平和高电平，拨段开关的中端连接到单片机(6)的一个I/O引脚，决定灯具的工作模式为手动颜色调节模式或自动颜色调节模式，电位器的两端分别连接到低电平和高电平，电位器的中端连接到模/数转化芯片(5)的一个由地址输入控制端控制该引脚输入有效的引脚；模/数转化芯片(5)的转换启动信号引脚连接到单片机(6)的一个I/O引脚，由单片机通过程序驱动，转换结束标志信号引脚连接到单片机(6)的一个I/O引脚，将转换结束标志信号传送给单片机(6)，数字量输出引脚分别连接到单片机(6)相应的I/O引脚，将转换结果输入给单片机，数据输出允许控制引脚连接到单片机(6)的一个I/O引脚，由单片机(6)控制模/数转化芯片(5)的数据输出；单片机的三个I/O引脚分别连接到非门集成芯片(7)的三个输入引脚，非门集成芯片(7)的三个输出引脚分别连接红、绿、蓝三基色大功率发光二极管(2)的阴极引脚，通过非门共阳控制发光二极管的点亮，红、绿、蓝三基色大功率发光二极管(2)接受非门集成芯片(7)送来的脉冲，按一定的顺序和时间点亮，从而使灯具发出不同的颜色。
2.如权利要求1所述的颜色可随机变化的256色彩灯，其特征在于红、绿、蓝三基色大功率发光二极管(2)依次点亮，每个点亮周期内三种颜色的二极管点亮时间之和不大于0.02秒。
全文摘要
一种颜色可随机变化的256色彩灯，具体包括电源模块、红、绿、蓝三基色大功率发光二极管、灯罩、控制模式选择单元、用户输入单元、模/数转化单元、微处理单元和二极管驱动单元。红、绿、蓝三基色大功率发光二极管(2)依次点亮，每个点亮周期内三种颜色的二极管点亮时间之和不大于0.02秒。使用一个电位器旋纽即可手动调节颜色，简单方便，颜色调节连续性好，覆盖颜色多；使用三个大功率发光二极管，功耗低，工作可靠，寿命长；自动调节颜色实现了灯的颜色的变化和颜色的呈现时间随机变化。
文档编号F21Y101/02GK1888522SQ200610200718
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者孙德辉, 任荣文, 刘风然 申请人:北方工业大学