专利名称：Led多功能可调灯具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种LED灯具，特别是涉及一种集红外无线遥控、定时开关、可调节空间位置和可改变照明模式于一体的LED多功能可调灯。
背景技术：
近几年来，LED的研究正在积极的进行当中，LED已经不仅仅是只用于指示灯、数字文字显示。LED也开始进入了日常照明领域。LED灯具相较于白炽灯跟荧光灯有更高的可重塑性，在外观、功能等方面上提供更多的选择性。并且，LED灯不含传统白炽灯所含的水银、铅等对环境有害物质，绿色环保。LED灯为低压供电无需高压环节，附件简单。LED灯比白炽灯和荧光灯有更快的反应速度。目前，市场上的LED灯多数只提供了转向、可调亮度等功能中的一项或者两项。并且目前的灯具调节照明角多数通过杠杆或者是齿轮实现，调节粗糙难以达到精确控制照明角，未能满足人们对灯具的各种需要。
发明内容本实用新型是要提供一种LED多功能可调灯具，该灯具的照明模式可在区域照明和定向照明中快速切换，并且还具有可调灯具的照明角度和定时开关的功能。为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种LED多功能可调灯，由灯罩、LED 灯珠面板、步进电机、主控制电路板和红外无线遥控器组成，其特点是灯罩由内、外腔构成，灯罩的内腔一端由六个球面结构组成，六个球形球面互相外切，用于将置于球面焦点的内腔LED灯珠所发的光反射为平行光出射；灯罩的外腔呈棱台结构，用于灯具在工作区域照明时光线的扩散出射，灯罩的内、外腔内装有LED灯珠面板，灯罩上面连接有水平面和竖直面步进电机，其中，水平面步进电机用于灯具照明角的纬度调整，竖直面步进电机用于灯具照明角的经度调整，水平面和竖直面步进电机分别通过ULN2003驱动芯片连接主控制电路板脉冲输出串口；主控制电路板由MCS_52芯片及其相应的晶振，⑶4066模拟开关芯片I，II， ULN2003驱动芯片以及红外接收端组成，⑶4066模拟开关芯片I用于控制内、外腔LED灯珠的亮与灭，实现灯具照明模式的切换；CD4066模拟开关芯片II用于控制LED灯珠串联的电阻，从而控制流过内、外LED灯珠的电流，达到控制内、外LED灯珠的亮度；红外遥控模块由发射和接收两大部分组成，其中红外遥控模块的接受部分设置在主控电路板上。灯罩内腔一端六个球形结构中的每个球面的直径为1(Γ20毫米，球面内壁面向出射方向一侧涂有镜面材料，用于将位于球面镜焦点的LED灯珠所发射的向球面的光全部平行反射出去，从而增强其光照强度和光束的方向性。灯罩内腔中的LED灯珠面板由六个LED灯珠呈圆形排列以及位于圆心的一个LED 灯珠组成，每个LED灯珠位于球面镜的焦点；灯罩外腔中的LED灯珠面板由三个呈等边三角形分布的LED灯珠组成，且分布着三个LED灯珠面板，三个LED灯珠面板所在平面垂直外腔腔轴。灯罩的内外腔之间通过机械螺纹连接，用于灯具的安装拆卸，其中，内腔设有外螺纹，外腔设有内螺纹。本实用新型的有益效果是本实用新型与传统的通过杠杆或者齿轮带动来实现灯具照明角调节的灯具相比， 所提供的LED多功能可调灯则克服了传统的对照明角调节的缺点。同时，本实用新型通过对灯罩的内、外腔设计，实现了灯具定向照明和区域照明模式的多工，配合电路的定时功能，可以在一定范围内实现任意时间的定时开关，实现了照明智能化，并节约了电能。
图1是本实用新型的结构外形立体图；图2是灯罩内外腔仰视示意图；图3是灯罩内腔灯珠分布图；图4是内腔球面结构光路图；图5是控制电路板原理图；图6是⑶4066模拟开关芯片结构图；图7是ULN2003驱动芯片结构图；图8是灯具内外腔的轴线竖直向下，步进电机中心处于三维坐标轴原点0点的，初始状态示意图；图9是灯罩在水平面步进电机驱动下在水平面内逆时针旋转15°的示意图；图10是灯罩在竖直面步进电机驱动下在竖直面内逆时针旋转15°的示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1至图5所示，本实用新型的LED多功能可调灯，包括灯罩、LED灯珠面板、步进电机、主控制电路板和红外无线遥控器。灯罩为内、外腔结构，内腔12为半径为5cm的圆柱结构，灯罩内腔12的一端由六个球面结构组成，每个球面的直径为1(Γ20毫米，其分布图如图3所示。这六个球形球面互相外切，内壁面向光线出射方向一侧涂有镜面材料，可将置于球面焦点的内腔LED灯珠4所发的光反射为平行光出射。如图4所示。外腔13为棱台结构，在灯具工作在区域照明时有利于光线的扩散出射。在内、外腔12，13的连接处采用的是机械的螺纹结构，即内腔12刻有外螺纹，外腔13刻有内螺纹。这种螺纹连接结构拆装方便有利于灯具的安装拆卸。该LED多功能可调灯的两种照明模式是通过控制内外腔的LED灯珠面板实现的。 具体的说，利用球面结构对光线具有汇聚作用，当开启位于内腔LED灯珠4时，光经过灯罩内腔12镀有的高发射系数的球面结构反射，沿着内腔轴平行出射。在这种定向照明模式下，灯具所发出的光束半径较小，具有很大的能量，亮度较高，适合生活中需要对某个小区域进行局部特别照明。当只开启灯罩外腔LED灯珠5，或内、外腔LED灯珠4，5全开时，灯具工作在区域照明模式。区域照明模式下的光线比较发散、均勻，亮度较小，适合平时的家居照明。两种照明模式可以快速转换，满足了普通照明和特殊场合的照明需求。[0026]该LED多功能可调灯的照明角的调节是通过两个转动平面分别为水平面和竖直面步进电机实现的。如图1所示，水平面步进电机9的转动平面为水平面，竖直面步进电机 10的转动平面为竖直平面。首先，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移器件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，即步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。该LED多功能可调灯是通过控制电路板的主控制芯片的串口输出脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。并且步进电机有多种不同步距角可以选择，可以根据每次旋转所需要的角度的大小来选择不同步距角的步进电机。由于主控制芯片的串口输出脉冲电压较低无法驱动步进电机的转动，故采用ULN2003芯片8作为驱动芯片。使得主控制芯片2的串口输出信号经过驱动ULN2003芯片8时得到放大，从而驱动步进电机的转动。本实用新型的LED多功能可调灯的主控制电路板由MCS_52芯片2及其相应的晶振1，⑶4066模拟开关芯片I 7，⑶4066模拟开关芯片II 3，ULN2003驱动芯片8以及红外接收端组成。如图5所示。MCS_52芯片2控制着该灯具的所有功能，其串口输出提供各功能的使能信号。 MCS_52芯片2自带了两个16位的定时器即定时器0和定时器1。当定时器溢出时会自动向 CUP发出中断请求，在开中断的条件下，定时中断一旦被响应，就可以及时处理定时事件。这两个定时器可以通过程序来控制其工作的方式。各种方式的最大定时时间不一样。通过这两个定时器跟MCS_52芯片2自带的寄存器R(TR7的不同组合在一定范围内可以实现任意时间的定时。MCS_52芯片2的晶振频率是12MHZ，所以其每个指令周期为lus。将所需要定时的时间除以指令周期所得到的就是输入单片机需要的计时数。⑶4066模拟开关芯片I 7通过控制内、外腔LED灯珠的亮与灭，实现灯具照明模式的切换。⑶4066模拟开关芯片II 3有四个独立开关，如图6所示。每个开关的状态都是由各自的使能信号控制。⑶4066模拟开关芯片II 3通过控制LED灯珠串联的电阻，从而控制流过LED灯珠的电流达到控制LED灯珠亮度。ULN2003驱动芯片8有四个独立的通道可以放大信号，如图7所示。可以根据不同的需要选择不同的通道。对于该LED多功能可调灯所选用的四相步进电机而言，需要四个输入信号来控制其步调因而任意选择ULN2003驱动芯片8的四个通道放大信号如1B1C、 2B2C、3B3C、4B4C。该LED多功能可调灯的红外遥控模块由发射和接收两大部分组成。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。当红外遥控器的不同按键有效按下时，遥控器就发出一系列不同的遥控码。而当红外接收端接收到不同的遥控码时，解调为不同控制信息。这些信息传到单片机，再由芯片实现不同的功能。红外遥控解决了传统的手动开关的不方便，实现了在一定范围内的非接触控制。红外线遥控装置还具有体积小、功耗低、功能强、成本低等优点。本发明照明角的调节首先，设定灯具的初始状态为灯具内外腔的轴线竖直向下，竖直面步进电机10的中心为三维坐标轴的原点0点，水平面步进电机9的轴线与ζ轴重合。设A点位于灯罩内腔上表面圆心，B点为灯罩外腔棱台下表面圆心，即AB为灯罩内外腔的轴线，则BA的球坐标表示为(r，90°，0° )如图8所示。若通过红外遥控器给主控制芯片MCS_52芯片2 —定的红外遥控码，其解码信号为使连接水平面步进电机9的串口输出两个脉冲。则ULN2003驱动芯片8将接收到的两个脉冲信号进行放大后输出到水平面步进电机9，使水平面步进电机9逆时针转动两个步进角。 该LED多功能可调灯选用的是四相步进电机，软件设定步进电机的转动为四相、八拍，步进电机的步距角为7.5°。因而两个脉冲使水平面步进电机9逆时针旋转15°，则水平面步进电机9带动竖直面步进电机10和整个灯罩在水平面内逆时针旋转15°，也就是，BA为(r， 105°，0° )如图9所示；若接着再竖直面步进电机10以逆时针旋转15°的信号，则BA为 (r,105°，75° )，如图 10 所示。本发明的照明模式的转换假设开始时灯具工作在区域照明模式，由于需要现需将其切换到定向照明模式。 当灯具工作在区域照明模式时，CD4066模拟开关芯片I 7的SWA和SWB均处于闭合状态。 通过红外遥控器给主控芯片MCS_52芯片2信号，使⑶4066模拟开关芯片I 7的SWA使能信号不使能，则SWA断开，灯罩外腔的LED灯珠由发光状态改为熄灭状态。这样就实现了从区域照明模式向定向照明模式的切换，若从定向模式向区域照明模式的切换则只要是逆动作即可。本发明的灯具亮度的调节假设通过软件程序设定初状态⑶4066模拟开关芯片II 3的SWB处于闭合状态， SWA, SWC、SffD都处于断开状态，此时流过LED灯珠的电流约为Vcc/R12，设此状态的光功率为PO (流明)。若是房间的照度变小，需要将灯的亮度调大，则可以通过遥控器给主控制芯片一个信号a，a信号使主控制芯片的Pl串口输出信号b，b信号控制⑶4066模拟开关芯片II 3的SWA处于闭合状态，其他开关处于断开状态。这样就使得串联的电阻由R12变为 Rll (Rll < R12)，电流变大，LED灯珠光功率变大，亮度变亮。(参照图5)总结，传统的灯具的照明角调节大都是通过杠杆或者齿轮的带动来实现的。由杠杆带动的调节精度低，其无法做到精确的控制灯具的照明角。由齿轮的转动带动的照明角的调节只能实现空间两维调节，无法达到空间任意角度的照明调节。本发明所提供的LED 多功能可调灯则克服了传统的对照明角调节的缺点。同时，本发明通过对灯罩的内、外腔设计，实现了灯具定向照明和区域照明模式的多工，配合电路的定时功能，可以在一定范围内实现任意时间的定时开关，实现了照明智能化，并节约了电能。
权利要求1.一种LED多功能可调灯，由灯罩(11)、LED灯珠面板、步进电机、主控制电路板和红外无线遥控器组成，其特征在于所述灯罩(11)由内、外腔构成，灯罩(11)的内腔(12) — 端由六个球面结构组成，六个球形球面互相外切；灯罩(11)的外腔(13)呈棱台结构，用于灯具在工作区域照明时光线的扩散出射，灯罩(11)的内、外腔内装有LED灯珠面板，灯罩 (11)上面连接有水平面和竖直面步进电机(9，10)，其中，水平面步进电机(9)用于灯具照明角的纬度调整，竖直面步进电机(10)用于灯具照明角的经度调整，水平面和竖直面步进电机分别通过ULN2003驱动芯片(8)连接主控制电路板脉冲输出串口 ；所述主控制电路板由MCS_52芯片(2)及其相应的晶振(1)，CD4066模拟开关芯片I，II (7,3), ULN2003驱动芯片(8)以及红外接收端组成，⑶4066模拟开关芯片I (7)用于控制内、外腔LED灯珠(4， 5)的亮与灭，实现灯具照明模式的切换；CD4066模拟开关芯片II (3)用于控制LED灯珠串联的电阻，从而控制流过内、外LED灯珠(4，5)的电流，达到控制内、外LED灯珠(4，5)的亮度；红外遥控模块由发射和接收两大部分组成，其中红外遥控模块的接受部分设置在主控电路板上。
2.根据权利要求1所述的LED多功能可调灯，其特征在于所述灯罩(11)内腔一端六个球形结构中的每个球面的直径为1(Γ20毫米，球面内壁面向出射方向一侧涂有镜面材料，用于将位于球面镜焦点的内腔LED灯珠(4)所发射的向球面的光全部平行反射出去，从而增强其光照强度和光束的方向性。
3.根据权利要求1所述的LED多功能可调灯，其特征在于所述灯罩(11)内腔中的LED 灯珠面板由六个内腔LED灯珠(4)呈圆形排列以及位于圆心的一个内腔LED灯珠(4)组成， 每个内腔LED灯珠(4)位于球面镜的焦点；灯罩外腔中的LED灯珠面板由三个呈等边三角形分布的外腔LED灯珠(5)组成，且分布着三个LED灯珠面板，三个LED灯珠面板所在平面垂直外腔腔轴。
4.根据权利要求1所述的LED多功能可调灯，其特征在于所述灯罩(11)内、外腔之间通过机械螺纹连接，用于灯具的安装拆卸，其中，内腔设有外螺纹，外腔设有内螺纹。
专利摘要本实用新型涉及一种LED多功能可调灯，灯罩由内、外腔构成，灯罩的内腔一端由六个球面结构组成，六个球形球面互相外切，用于将置于球面焦点的灯珠所发的光反射为平行光出射；灯罩的外腔呈棱台结构，用于灯具在工作区域照明时光线的扩散出射，灯罩的内、外腔内装有LED灯珠面板，灯罩上面连接有水平面和竖直面步进电机，其中，水平面步进电机用于灯具照明角的纬度调整，竖直面步进电机用于灯具照明角的经度调整，水平面和竖直面步进电机分别通过驱动芯片连接主控制电路板脉冲输出串口。本实用新型实现了灯具定向照明和区域照明模式的多工，配合电路的定时功能，可以在一定范围内实现任意时间的定时开关，实现了照明智能化，并节约了电能。
文档编号F21Y101/02GK202101004SQ20112017534
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者周增军, 唐平玉, 孙立嘉, 王艇艇, 蒋妍梦, 郑继红, 陈其伟, 陈少娟, 黄爱琴 申请人:上海理工大学