Led可調頻標識燈及其控制電路和控制方法
2023-08-07 08:07:46
專利名稱：Led可調頻標識燈及其控制電路和控制方法
技術領域：
本發明涉及照明技術領域，更具體地說，涉及一種LED可調頻標識燈及其控制電路和控制方法。
背景技術：
隨著科學技術的不斷發展，新產品新技術不斷革新，LED作為新型光源，它有著節能、環保、高效的特點，並已經成熟並應用於各個領域。在LED作為光源被廣泛使用的同時，也出現了各種各樣的LED驅動電路。標識燈具被廣泛應用於安全領域，起到警示和提醒的作用，從而為各種作業安全提供保障。目前出現了越來越多使用LED製作的標識燈具。然而，現有LED標識燈一般具 有固定的閃爍頻率，因此有必要開發一種能夠靈活對閃爍頻率進行調節的LED可調頻標識燈。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有標識燈具有固定的閃爍頻率的缺陷，提供一種能夠對閃爍頻率進行調節的LED可調頻標識燈及其控制電路和控制方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種LED可調頻標識燈及其控制電路和控制方法，通過採用旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號，對其進行識別，輸出相應的佔空比和周期的PWM信號，從而調整所驅動的LED的閃爍頻率與期望的閃爍頻率一致。本發明第一方面，提供了一種LED可調頻標識燈控制電路，包括信號接收單元、通過旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號；控制單元、用於識別所述閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號；開關驅動單元、用於將所述PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元發出對應閃爍頻率的光；以及供電單元、用於為所述信號接收單元、控制單元、開關驅動單元和LED發光單元供電。在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述控制單兀包括:AD轉換模塊、用於對所述電壓信號進行模數轉換；PWM信號輸出模塊、用於輸出PWM信號；調整模塊、用於根據所述AD轉換模塊轉換後的閃爍頻率調節信號，查找對應的調頻級數的期望佔空比和周期，調整所述PWM信號輸出模塊輸出的PWM信號的佔空比和周期等於所述期望的佔空比和周期。在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述信號接收單元包括旋轉調頻開關、分壓電阻及多個阻值不等的採樣電阻，所述旋轉調頻開關的動端通過所述分壓電阻連接至所述供電單元的正輸出端，所述旋轉調頻開關的多個不動端分別通過一個所述採樣電阻接地。在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述控制單元為單片機，且所述單片機的AD採樣輸入引腳與所述旋轉調頻開關的動端連接，PWM信號輸出引腳連接至所述PWM驅動單元。在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述開關驅動單元包括第一開關管，所述第一開關管的第一端連接至LED發光單元的陰極輸入端，所述第一開關管的第二端接地，且所述第一開關管的控制端連接至所述單片機的PWM信號輸出引腳。在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述控制電路還包括防反接單元，包括第二開關管和限流電阻，所述第二開關管的第一端與所述供電單元的負輸出端相連，所述第二開關管的第二端接地，所述第二開關管的控制端通過所述限流電阻連接至供電單元的正輸出端。在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述控制電路還包括恆流單元，用於將所述供電單元輸出的電流進行恆流後輸出給所述LED發光單
J Li ο在本發明第一方面優選實施例所述的LED可調頻標識燈控制電路中，所述LED發光單元包括首尾順次連接在LED發光單元的陽極輸入端與陰極輸入端之間的至少一個發光二極體，所述恆流單元為串聯在所述供電單元的正輸出端與LED發光單元的陽極輸入端之間的恆流二極體；或者所述LED發光單元包括並聯在LED發光單元的陽極輸入端與陰極輸入端之間的至少一個發光二極體，所述恆流單元為串聯在每個發光二極體的並聯支路上的恆流二極體。本發明第二方面，提供了一種LED可調頻標識燈控制方法，包括以下步驟通過旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號；採用單片機採集所述電壓信號並進行模數轉換，識別所述閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號；將所述PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元發出對應閃爍頻率的光。本發明第三方面，提供了一種LED可調頻標識燈，包括如上所述的LED可調頻標識燈控制電路。實施本發明的LED可調頻標識燈及其控制電路和控制方法，具有以下有益效果本發明通過識別接收到的閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號，實現對LED可調頻標識燈的閃爍頻率的控制，從而能夠靈活地將閃爍頻率調節為不同的級數，彌補了現有技術的LED標識燈只有固定的閃爍頻率的不足。此外本發明通過採用單片機控制，相對於採用DC-DC斬波技術驅動LED而言，具有簡單、可靠、成本低的特點。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I為本發明第一實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路模塊示意圖；圖2為本發明第二實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路模塊示意圖；圖3為本發明實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路中控制單元的具體原理結構圖；圖4為本發明實施例提供的具有並聯LED負載的LED可調頻標識燈控制電路的電路圖示例；圖5為本發明實施例提供的具有串聯LED負載的LED可調頻標識燈控制電路的電路圖示例。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。本發明通過接收閃爍頻率調節信號，對其進行識別，輸出相應的佔空比和周期的PWM信號，從而調整所驅動的LED的閃爍頻率與期望的閃爍頻率一致。 請參閱圖1，為本發明第一實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路模塊示意圖。如圖I所示，本發明第一實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路至少包括供電單元U、信號接收單元12、控制單元13和開關驅動單元14。該LED可調頻標識燈控制電路用於驅動LED發光單元15發出不同閃爍頻率的光。信號接收單元12用於通過旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號。控制單元13採用單片機採集所述電壓信號並進行模數轉換，識別信號接收單元12接收的閃爍頻率調節信號所對應的調頻級數，並具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號。換言之，一種閃爍頻率調節信號對應一個調頻級數，從而輸出對應的脈衝信號。開關驅動單元14用於將控制單元13輸出的PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元15發出對應閃爍頻率的光。供電單元11則用於為該控制電路供電，即為信號接收單元12、控制單元13和開關驅動單元14供電，進而為LED發光單元15供電。請參閱圖2，為本發明第二實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路模塊示意圖。如圖2所示，本發明第二實施例與第一實施例的區別在於進一步增設了防反接單元16以及恆流單元17。其中，防反接單元16的輸入端連接至供電單元11的輸出端，主要作用在於防止電源輸入接反會燒壞控制電路的元器件。恆流單元17用於將供電單元11輸出的電流進行恆流後輸出給所述LED發光單元15。雖然本實施例中同時設置了防反接單元16以及恆流單元17，但是本領域技術人員可以理解，防反接單元16和恆流單元17都為可選地而非必要的電路單元。請參閱圖3，為本發明實施例提供的LED可調頻標識燈控制電路中控制單元的具體原理結構圖。如圖3所示，該控制單元13具體包括AD轉換模塊21、PWM信號輸出模塊22和調整模塊23。其中，AD轉換模塊21用於對信號接收單元12轉換後的電壓信號進行模數轉換。PWM信號輸出模塊22用於輸出PWM信號。調整模塊23則用於根據AD轉換模塊21轉換後的閃爍頻率調節信號，查找對應的調頻級數的期望佔空比和周期，調整PWM信號輸出模塊22輸出的PWM信號的佔空比和周期等於所述期望的佔空比和周期。請參閱圖4，為本發明實施例提供的具有並聯LED負載的LED可調頻標識燈控制電路的電路圖示例。下面結合圖4對本發明提供的LED可調頻標識燈控制電路的各個電路單元的電路連接關係進行具體說明。供電單元11可以採用電池供電。例如，在負載為並聯LED時，對工作電壓的要求較低，可以選用3. 7V鋰電池，相比採用5V直流供電，省去了整流電路和電壓變換電路，更適合用於在可攜式的低電壓燈具中使用。信號接收單元12包括旋轉調頻開關K1、分壓電阻R3及多個阻值不等的採樣電阻R6 R10。旋轉調頻開關Kl的動端通過分壓電阻R3連接至供電單元11的正輸出端，旋轉調頻開關Kl的多個不動端分別通過一個採樣電阻接地，動端一次只與一個不動端接通，當動端與一個不動端接通時，由此獲取閃爍頻率調節信號，與不動端相連的採樣電阻上的分壓作為輸入控制單元13的採集信號。例如，「O」檔不動端直接接地，對應的採樣電阻值為O ;「1」檔不動端通過採樣電阻R6接地，對應的採樣電阻值為R6的阻值，以此類推，「5」檔不動端通過採用電阻RlO接地，對應的採樣電阻值為RlO的阻值。用戶可以調節旋轉調頻開關Kl的檔數，從而將旋轉調頻開關Kl的動端與其中一個不動端連接。每個不動端連接
的採樣電阻R6 RlO優選阻值差異較大的電阻，例如分別採用lk、5k、10k、20k和50k等，從而使各個檔位的不動端採集的電壓值差異較大，便於控制單元13進行識別。控制單元13主要通過控制晶片Ul來實現。本發明中採用的控制晶片Ul為具有AD採樣功能，並能夠輸出PWM信號的單片機。控制晶片Ul的AD採樣輸入引腳PBO (第5腳)與旋轉調頻開關Kl的動端連接，從而對旋轉調頻開關Kl動端的電壓進行採集，識別出旋轉調頻開關Kl當前所設置的檔數。控制晶片Ul的PWM信號輸出引腳PB4(第3腳)連接至PWM驅動單元14的輸入。控制晶片Ul的電源輸入引腳VCC(第8腳)連接至供電單元11的正輸出端。控制晶片Ul的接地引腳GND (第4腳)接地。開關驅動單元14包括第一開關管Q1。第一開關管Ql可以為三極體、MOS管等任何起開關作用的開關管。在本實施例中，第一開關管Ql採用三極體，三極體的基極作為第一開關管Ql的控制端，連接至控制晶片Ul的P麗信號輸出弓I腳PB4 (第3腳)，接收PWM信號。三極體的集電極作為第一開關管Ql的第一端，連接至LED發光單元15的陰極輸入端。三極體的發射極作為第一開關管Ql的第二端接地。作為本發明的一個優選實施例，開關驅動單元14還可以包括連接在控制晶片Ul的PWM信號輸出引腳PB4和第一開關管Ql的控制端之間的限流電阻R4。作為本發明的另一個優選實施例，開關驅動單元14還可以包括連接在第一開關管Ql的控制端與地之間的下拉電阻R5。LED發光單元15，包括並聯在LED發光單元15的陽極輸入端與陰極輸入端之間的至少一個發光二極體，如圖4中所示的LEDl至LEDn+Ι。發光二極體優選能夠發出紅光的LED,其穿透性強，且起到警示的作用。作為本發明的一個優選實施例，該驅動電路還可以包括恆流單元17，當本實施例中LED負載為並聯方式時，恆流單元17包括串聯在每個發光二極體的並聯支路上的恆流二極體，如圖4中所示的恆流二極體ZDl-ZDn+Ι。恆流二極體ZDl對LEDl支路上的電流進行恆流，使得LEDl正常工作。作為本發明的一個優選實施例，該驅動電路還可以包括防反接單元16。防反接單元16包括第二開關管Q2和限流電阻R1。在本實施例中，第二開關管Q2採用MOS管實現。MOS管的漏極作為第二開關管Q2的第一端與供電單元11的負輸出端相連，源極作為第二開關管Q2的第二端接地，柵極作為第二開關管Q2的控制端通過限流電阻Rl連接至供電單元11的正輸出端。作為本發明的一個優選實施例，開關驅動單元14還可以包括連接在所述第二開關管Q2控制端與地之間的下拉電阻R2。請參閱圖5，為本發明實施例提供的具有串聯LED負載的LED可調頻標識燈控制電路的電路圖示例。圖5中各個電路單元的電路連接關係與圖4類似，區別僅在於，LED發光單元15中LED負載的連接方式為串聯，且所需要的電源電壓相對較高，從而對部分電路進行了變換。下面僅對兩種方式的區別部分進行具體描述。供電單元11可以採用直流進行供電，以滿足負載的電壓要求，例如正輸出端為+24V，負輸出端為-24V。由於供電單元11正輸出端的電源過高，因此為了保障控制晶片Ul的正常運行，在控制單元13中增設了限流電阻Rll和穩壓二極體D1。限流電阻Rll和穩壓二極體Dl依次串聯在供電單元11的正輸出端與地之間，限流電阻Rll和穩壓二極體Dl之間的節點連接至控制晶片Ul的電源輸入引腳VCC (第8腳)，從而將控制晶片Ul的工作電壓維持在5V，避免電源變化對控制晶片Ul產生影響。LED發光單元15包括首尾順次連接在LED發光單元15的陽極輸入端與陰極輸入端之間的多個發光二極體，例如LED1-LED7。其中，第一個發光二極體LEDl的陽極與LED發光單兀15的陽極輸入端連接,最後一個發光二 極管LED7的陰極與LED發光單元15的陰極輸入端連接。作為本發明的一個優選實施例，該驅動電路還可以包括恆流單元17，當本實施例中LED負載為串聯方式時，恆流單元為串聯在供電單元11的正輸出端與LED發光單元15的陽極輸入端之間的恆流二極體ZD1。為了進一步地說明本發明所提供的LED可調頻標識燈控制電路，現結合圖4和圖5詳述其工作原理如下在整個電路工作時，供電單元11將電池電壓或者直流電壓輸出。信號接收單元12的旋轉調頻開關Kl被調至一定的檔位，由於分壓電阻R3與旋轉調頻開關Kl不動端連接的採樣電阻一起對電源電壓進行分壓，使得旋轉調頻開關Kl的動端處的電壓值隨著檔位不同而不同。供電單元11提供給控制晶片Ul工作電壓，控制晶片Ul對旋轉調頻開關Kl的動端處的電壓值進行採樣，即作為採集的用戶的閃爍頻率調節信號，從而識別出旋轉調頻開關Kl的檔位，即調頻級數。並輸出該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號給第一開關管Ql的控制端，控制第一開關管Ql的通斷，從而控制LED發光單元15以期望的頻率發光和熄滅。也就是說控制晶片Ul對旋轉調頻開關Kl的動端處的電壓值進行A/D值採樣，控制晶片Ul根據A/D值的大小來調整輸出給第一開關管Ql的控制端的脈衝信號，從而達到調整LED閃爍頻率的目的。控制單元13可以根據標識燈應用場合的實際需要，來設置閃爍頻率，輸出對應PWM信號。下面提供一種示例性而非限制性的閃爍方案Kl指向O檔時關斷輸出。對應的PWM信號的佔空比為O。Kl指向I檔時LED亮I秒，滅3秒。對應的PWM信號的周期為4秒，佔空比為1/4。Kl指向2檔時LED亮I秒，滅2秒。對應的PWM信號的周期為3秒，佔空比為1/3。Kl指向3檔時LED亮I秒，滅I秒。對應的PWM信號的周期為2秒，佔空比為1/2。Kl指向4檔時LED亮O. 5秒，滅O. 5秒。對應的PWM信號的周期為I秒，佔空比為 1/2。Kl指向5檔時LED亮O. 2秒，滅O. 2秒。對應的PWM信號的周期為O. 4秒，佔空比為1/2。本發明實施例還提供了一種LED可調頻標識燈控制方法，包括以下步驟
首先，通過旋轉調頻開關接收閃爍頻率調節信號，並將其轉換為電壓信號。例如用戶通過調節上述旋轉調頻開關Kl的檔位，信號接收單元12將其作為閃爍頻率調節信號接收。隨後，採用單片機採集所述電壓信號並進行模數轉換，根據所述電壓信號識別所述閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號。例如，上述控制單元13通過AD採樣識別所述閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號。最後,將所述PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元發出對應閃爍頻率的光。例如，上述開關驅動單元14將控制單元13輸出的PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元15發出對應閃爍頻率的光。本發明實施例還提供了一種LED可調頻標識燈，包括如上所述的LED可調頻標識燈控制電路。 綜上所述，本發明通過識別接收到的閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號，實現對LED可調頻標識燈的閃爍頻率的控制，從而能夠靈活地將閃爍頻率調節為不同的級數，彌補了現有技術的LED標識燈閃爍頻率固定的不足。並且，在現有技術中，在低電壓的場所都是採用DC-DC斬波技術來驅動LED，其具有成本高、電路複雜、易損壞、有較強的高頻幹擾等缺點，給使用者帶來了不便，而本發明通過採用單片機控制，具有簡單、可靠、成本低的特點。本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發明範圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對本發明進行諸多修改而不脫離其保護範圍。因此，本發明並不限於在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權利要求保護範圍的實施例。
權利要求
1.一種LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，包括 信號接收單元，通過旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號； 控制單元，採用單片機採集所述電壓信號並進行模數轉換，根據所述電壓信號識別所述閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號; 開關驅動單元，用於將所述PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元發出對應閃爍頻率的光； 供電單元，用於為所述信號接收單元、控制單元、開關驅動單元和LED發光單元供電。
2.根據權利要求I所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，所述控制單元包括 AD轉換模塊、用於對所述電壓信號進行模數轉換； PWM信號輸出模塊、用於輸出PWM信號； 調整模塊、用於根據所述AD轉換模塊轉換後的閃爍頻率調節信號，查找對應的調頻級數的期望佔空比和周期，調整所述PWM信號輸出模塊輸出的PWM信號的佔空比和周期等於所述期望的佔空比和周期。
3.根據權利要求I或2所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，所述信號接收單元包括旋轉調頻開關、分壓電阻及多個阻值不等的採樣電阻，所述旋轉調頻開關的動端通過所述分壓電阻連接至所述供電單元的正輸出端，所述旋轉調頻開關的多個不動端分別通過一個所述採樣電阻接地。
4.根據權利要求3所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，所述控制單元為單片機，且所述單片機的AD採樣輸入引腳與所述旋轉調頻開關的動端連接，PWM信號輸出引腳連接至所述PWM驅動單元。
5.根據權利要求4所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，所述開關驅動單元包括第一開關管，所述第一開關管的第一端連接至LED發光單元的陰極輸入端，所述第一開關管的第二端接地，且所述第一開關管的控制端連接至所述單片機的PWM信號輸出引腳。
6.根據權利要求I或2所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，所述控制電路還包括防反接單元，包括第二開關管和限流電阻，所述第二開關管的第一端與所述供電單元的負輸出端相連，所述第二開關管的第二端接地，所述第二開關管的控制端通過所述限流電阻連接至供電單元的正輸出端。
7.根據權利要求I或2所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於，所述控制電路還包括恆流單元，用於將所述供電單元輸出的電流進行恆流後輸出給所述LED發光單元。
8.根據權利要求7所述的LED可調頻標識燈控制電路，其特徵在於 所述LED發光單元包括首尾順次連接在LED發光單元的陽極輸入端與陰極輸入端之間的至少一個發光二極體，所述恆流單元為串聯在所述供電單元的正輸出端與LED發光單元的陽極輸入端之間的恆流二極體；或者 所述LED發光單元包括並聯在LED發光單元的陽極輸入端與陰極輸入端之間的至少一個發光二極體，所述恆流單元為串聯在每個發光二極體的並聯支路上的恆流二極體。
9.一種LED可調頻標識燈控制方法，其特徵在於，包括通過旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號； 採用單片機採集所述電壓信號並進行模數轉換，根據所述電壓信號識別所述閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號；將所述PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元發出對應閃爍頻率的光。
10.一種LED可調頻標識燈，其特徵在於，包括權利要求1-9中任意一項所述的LED可調頻標識燈控制電路。
全文摘要
本發明涉及一種LED可調頻標識燈及其控制電路和控制方法，所述控制電路包括信號接收單元、用於通過旋轉調頻開關將接收的閃爍頻率調節信號轉換為電壓信號；控制單元、採用單片機採集電壓信號並進行模數轉換，識別出閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出具有該調頻級數對應的佔空比和周期的PWM信號；開關驅動單元、用於將PWM信號轉換為驅動信號驅動LED發光單元發出對應閃爍頻率的光；以及為上述各個單元供電的供電單元。本發明通過識別接收到的閃爍頻率調節信號對應的調頻級數，並輸出對應的PWM信號，實現對LED可調頻標識燈的閃爍頻率的控制，從而能夠靈活地調節出不同級數的閃爍頻率，彌補了現有技術的LED標識燈閃爍頻率固定的不足。
文檔編號H05B37/02GK102811527SQ20111014410
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者周明傑, 黃柯青 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司