高逼真火焰燈的製作方法
2023-08-01 01:02:56
高逼真火焰燈的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了高逼真火焰燈。主要解決現有的火焰燈產生的火焰效果差且成本高的問題。高逼真火焰燈包括由多個LED燈珠組成的並均勻設於PCB板上的調光迴路點陣陣列，所述點陣陣列的每列為由多顆LED燈珠相互串聯組成的一個控制組，還包括控制每個控制組工作的中央控制模塊；高逼真火焰燈由數幀靜態火焰形態的畫面通過快速掃描來產生動態火焰效果。本實用新型與現有技術相比，不僅仿真的動態火焰真實，成本低廉，並且在此基礎上還可根據實際需要調整控制組組數和控制組的LED燈珠顆數，實現不同大小的仿真效果。
【專利說明】
高逼真火焰燈
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及結合電子學、美學、光學、軟體及高速自動控制的高逼真火焰燈，屬於LED照明裝飾領域。
【背景技術】
[0002]火焰燈作為一種高逼真的火焰發光裝置，因其沒有實際可燃物產生的化學成分對人體產生危害和產生火災危害，被廣泛用於大型的宴會、街道、時尚家居等場所，因其設計巧妙，栩栩如生，「火焰」的跳動跟真的火一樣，所以在諸多的場所作為裝飾並受到大眾的青睞，通過市場調查，目前市場上通用的火焰燈分為兩種，一種為由燈座體、布帶、照明燈、及風扇組成的火焰燈，由一個照明燈產生光源，光源上採用布帶飄動的方式仿真火焰，這種火焰燈一般照明不能調光，所以產生的火焰效果不真實，光氛圍效果差，並且因其構造複雜，必將使成本居高不下；另外還有一種是比較常見的不能動態顯示的LED火焰燈，此種火焰燈所產生的火焰效果極差。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在於提供高逼真火焰燈，主要解決現有的火焰燈產生的火焰效果差且成本高的問題。通過本實用新型可實現高逼真的各種燃燒體形態的火焰光，方便用於多種場合。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下:
[0005]高逼真火焰燈，包括由多個LED燈珠組成的並均勻設於PCB板上的調光迴路點陣陣列，所述點陣陣列的每列為由多顆LED燈珠相互串聯組成的一個控制組，還包括控制每個控制組工作的中央控制模塊。
[0006]具體地，所述中央控制模塊包括中央控制器MCU，與MCU連接的用於控制每個控制組的LED燈珠電流的恆流驅動晶片，與MCU連接的解碼器，與解碼器連接的用於控制每個控制組電壓通斷的開關電路控制組。
[0007]為了使本實用新型能達到立體動態的仿真效果，所述每顆LED燈珠均勻排列在PCB板上並與PCB板呈45度。
[0008]更進一步地，所述MCU採用Cortex-M3 STM32F103RE，恆流驅動晶片採用TLC5941，解碼器採用74HC138。
[0009]再進一步地，所述控制組為16個，每個控制組由16顆LED燈珠相互串聯組成，且PCB板採用4層設計，LED燈珠組成的火焰窗口分別排列於PCB板的正反兩面且正反兩面呈對稱設置，所述屬於同一控制組的LED燈珠相互串聯由TLC5941的一輸出引腳控制，設於PCB板正反兩面並且處於同一位置的兩個控制組相互並聯由一組開關電路控制組控制。
[0010]另外，所述LED燈珠採用2700K色溫，且每個LED燈珠均具有4096個亮度等級。
[0011]高逼真火焰燈的實現方法，由數幀靜態火焰形態的畫面通過快速掃描來產生動態火焰效果，其具體步驟為:
[0012](a)每一幀靜態火焰根據火焰外觀形態設計出來並取模；
[0013](b)每一幀靜態火焰由多個控制組構成的LED點陣屏上進行顯示；
[0014](c)下一幀靜態火焰在前一幀的靜態火焰的基礎上做微小變動，實現動態火焰的效果。
[0015]具體地，所述步驟(b)中，顯示的每一幀靜態火焰是由多個控制組的LED燈珠被循環點亮實現的，其具體步驟為:
[0016](i I)恆流驅動晶片每次控制一個控制組的LED燈珠發光；
[0017](?2)在限定的時間內，恆流驅動晶片控制下一個控制組的LED燈珠發光，同時控制上一個控制組的LED燈珠滅，實現在每一個控制組的LED燈珠被循環點亮，即實現一幀靜態火焰畫面；
[0018]所述恆流晶片每次還對一個控制組裡的每一個LED燈珠進行亮度調節。
[0019]進一步地，所述火焰外外觀取模參考真實火焰的物理燃燒形態，將火焰由內到外，由上到下分為多亮度等級，從火焰飄動和火焰亮度分布兩個方面來考慮每一幀靜態火焰的取模。
[0020]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0021](I)本實用新型提供一種真正從光型和光強去仿真燒燒性質火焰，達到溫馨浪漫效果，同時避免實際可燃物產生的化學成份對人體產生的危害和火災的危險，安全、環保、極具科技感。
[0022]( 2 )本實用新型高仿動態火焰光，照明的火焰光可方便用於室內室外等場合，不受使用場所的限制。
[0023](3)本實用新型與現有技術相比，不僅仿真的動態火焰真實，並且成本低廉，並且在此基礎上還可根據實際需要調整控制組組數和控制組的LED燈珠顆數，實現不同大小的仿真效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型中央控制模塊的系統框圖。
[0025]圖2為本實用新型恆流驅動晶片的驅動時序圖一(輸入)。
[0026]圖3為本實用新型恆流驅動晶片的驅動時序圖二 (輸出)。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限於下列實施例。
實施例
[0028]如圖1所示，高逼真火焰燈，包括由多個LED燈珠組成的調光迴路點陣陣列，所述點陣陣列的每列為由16顆LED燈珠組成的一個控制組，因此在本實用新型中，燈珠的總數=N*16，N為可自由增減的LED陽極控制組。所有的控制組由中央控制模塊控制。
[0029]在本實施例中，N為16，LED燈珠的總數為256顆，每顆LED燈珠排列在PCB板上並與PCB板呈45度，PCB板採用4層設計，256顆LED燈珠分為兩組，兩組LED燈珠組成的火焰窗口分別排列於PCB板的正反兩面(即PCB板的頂部)且正反兩面呈對稱設置。LED燈珠採用2700K色溫，且每個LED燈珠均具有4096個亮度等級。
[0030]在本實用新型中，中央控制模塊包括中央控制器MCU，與MCU連接的用於控制每個控制組的LED燈珠電流的恆流驅動晶片，與MCU連接的解碼器，與解碼器連接的用於控制每個控制組電壓通斷的開關電路控制組，在本實施例中，由於有分為兩組的256顆LED燈珠，並且這兩組LED燈珠排列於PCB板的正反兩面，所以，安裝於PCB板正反兩面的並且處於同一位置的兩個控制組可由一組開關電路控制組控制，這樣可起到節約成本，並且在PCB板的正反兩面都能得到高逼真的火焰光。因此，本實施例，共有8組開關電路控制組、I塊恆流驅動晶片，在本實施例中，MCU選用Cortex-M3 STM32F103RE，恆流驅動晶片採用TLC5941。
[0031]在本實用新型中，每個LED燈珠即為一個顯示單元，屬於同一控制組的LED燈珠相互串聯由恆流驅動晶片的一輸出引腳控制，設於PCB板正反兩面的並且處於同一位置的兩個控制組相互並聯由一組開關電路控制組控制，恆流驅動晶片每個輸出引腳均產生16路電流控制I個控制組裡的16顆LED燈珠，由此組成行驅動電路，開關電路控制組控制每個控制組的電壓通斷，由此組成列驅動的電路，列驅動電路以固定的頻率依次使位於各位於PCB正反兩面的8列LED燈珠顯示，列驅動電路與行驅動電路以同樣的頻率切換，改變16路顯示單元的亮度值。
[0032]本實用新型的實現的功能包括:
[0033]l、Cortex-M3 STM32F103RE 與 TLC5941 結合，Cortex_M3 STM32F103RE 通過串行接口向TLC5941提供點校正和64級電流控制，每路最大電流可達80mA。
[0034]2、Cortex-M3 STM32F103RE與74HC138解碼器結合，從而實現3路轉8路開關控制。
[0035]3、74HC138與8個開關電路控制組結合，去控制16組LED。
[0036]本實用新型的實現方法如下:
[0037]火焰分為三層，外焰，內焰，焰心，對於光的外觀型態的特點是外焰弱，內焰最亮，根據這個特點，本實用新型的軟體實現過程為:它是由幾百幀靜態火焰形態的畫面通過快速掃描來產生的動態火焰效果。每一幀靜態火焰實現方式是先將火焰外觀形態設計出來並取模，一幀靜態火焰是在由8組LED燈珠(每組16顆)構成的LED點陣屏上顯示的，TCL5941每次控制一組燈珠發光，通過快速掃描，在極短的時間內，8組燈珠被循環點亮，即實現一幀靜態畫面。下一幀畫面是在前一幀的基礎之上僅做微小變動，這樣前後幀緊密聯繫，就實現了動態火焰的效果。
[0038]其中:火焰外觀形態取模是參考真實火焰的物理燃燒形態，將火焰由內到外，由上到下分為多亮度等級，從火焰飄動和火焰亮度分布兩個方面來考慮每一幀的取模。從而讓火焰光更細膩更逼真。
[0039]一巾貞靜態火焰是由8組(每組16顆)構成的LED點陣屏顯示,TCL5941每次對一組中的每一個LED燈珠實現亮度調節，其驅動時序如圖2所示。通過MCU的定時器實現對每一組LED燈珠的點亮持續時間(3ms)的定時。當一組LED燈珠的定時時間到了之後，74HC138解碼器就會選擇下一組LED燈珠作為點亮對象，如此在極短的時間內按順序循環點亮每一組LED燈珠。由於人眼存在視覺停留，所以我們看不到8組LED燈珠在循環點亮，看到的而是8組LED燈珠同時點亮。
[0040]動態火焰效果就是將多幀靜態火焰連續放映，由於實際的物理燃燒是線性的，所以我們在火焰外觀形態取模時前後幀畫面跨度極小。對於每一幀畫面的點亮持續時間(30ms),同樣是採用MCU的定時器來定時。
[0041]如圖2和圖3所示，TCL5941的驅動時序說明:每到一個SCLK的上升沿，則從SIN管腳瑣存一個數據到輸入串行移位寄存器，當所有數據都輸入完了，XLAT的高電平把所有輸進來的數據導入到內部寄存器中。串行輸入的數據是96位還是192位是由MODE來控制的，當MODE=I時，則是進入DC模式，即需要輸入6*16=96個bits，當MODE=O時，則是進入GS模式，即需要輸入12*16=192個bits。圖2-串行數據輸入時序圖灰度級PWM循環開始於BLANK的下降沿。當計數器計到4097時，則產生一個中斷信號，使BLANK信號產生一個脈衝信號。其中DC的值控制恆流源恆流的值，即圖2中16個LED out通道的高電平的值(電流大小)，DC 為 6 位的，所以 I (out) = {I (max)*DCn}/63，DCn 為 0?63，n=0 to 15 ;而 GS 控制輸出恆流時間的佔空比，即在4096個時鐘中，輸出恆流的時間佔GS數據個時鐘，就可把亮度分為 4096 個灰度級。用公式 Brightness in %= (GSn/4095) *100，其中 GSn 為 0?4095,η表示16個通道，取值為(Γ15。SCLK和GSCLK的最大頻率為30MHz，SCLK上升沿採樣。在GS模式下，當XLAT為高電平，則數據從輸入移位寄存器瑣存到GS寄存器中，在DC模式下，當XLAT為高電平，則數據從輸入移位寄存器瑣存到DC寄存器中。當XLAT為低電平，則在GS或者DC寄存器中的數據保持不變。
[0042]按照上述實施例，便可很好地實現本實用新型。值得說明的是，基於上述結構設計的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本實用新型上做出的一些無實質性的改動或潤色，所採用的技術方案的實質仍然與本實用新型一樣，故其也應當在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.高逼真火焰燈，其特徵在於，包括由多個LED燈珠組成的並均勻設於PCB板上的調光迴路點陣陣列，所述點陣陣列的每列為由多顆LED燈珠相互串聯組成的一個控制組，還包括控制每個控制組工作的中央控制模塊。
2.根據權利要求1所述的高逼真火焰燈，其特徵在於，所述中央控制模塊包括中央控制器MCU，與MCU連接的用於控制每個控制組的LED燈珠電流的恆流驅動晶片，與MCU連接的解碼器，與解碼器連接的用於控制每個控制組電壓通斷的開關電路控制組。
3.根據權利要求2所述的高逼真火焰燈，其特徵在於，所述每顆LED燈珠均勻排列在PCB板上並與PCB板呈45度。
4.根據權利要求3所述的高逼真火焰燈，其特徵在於，所述MCU採用Cortex-M3STM32F103RE，恆流驅動晶片採用TLC5941，解碼器採用74HC138。
5.根據權利要求4所述的高逼真火焰燈，其特徵在於，所述控制組為16個，每個控制組由16顆LED燈珠相互串聯組成，且PCB板採用4層設計，LED燈珠組成的火焰窗口分別排列於PCB板的正反兩面且正反兩面呈對稱設置,所述屬於同一控制組的LED燈珠相互串聯由TLC5941的一輸出引腳控制，設於PCB板正反兩面並且處於同一位置的兩個控制組相互並聯由一組開關電路控制組控制。
6.根據權利要求5所述的高逼真火焰燈，其特徵在於，所述LED燈珠採用2700K色溫，且每個LED燈珠均具有4096個亮度等級。
【文檔編號】F21W121/00GK204153691SQ201420704494
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】廖瑞軍, 朱其春, 蒲曉波, 宋軍 申請人:四川通盈能源開發有限公司