摘要：针对传统照明光源不能调色或调光深度不足的现象，选用功率为1 W的三基色发光二极管（RGB LED）为灯体，基于无线遥控和智能控制技术，通过PWM技术实现了LED灯白光的亮度调节、魔幻变色的自由切换及单色光输出的功能。系统由电源电路、一体化红外遥控接收头、CPU和三路LED驱动组成。采用低成本的STC15W201SOP8单片机作为主控器件，用定时器作为三路的PWM发生器，驱动低开启电压的NMOS管以实现调光与调色。通过程序的巧妙设计实现了在0~360°过渡时无明显颜色跳变的现象。该可调光调色LED灯经长时间使用,调光调色效果理想且稳定可靠，可供该产品设计以参考。

　　关键词：无线遥控;PWM;RBG LED灯;调光调色

0引言

　　发光二极管（Light Emitting Diode,LED）是一种新型的固态半导体发光器件，可以直接将电能转化为光能。与其他光源相比，除了众所周知的节能和环保等优点外， LED还具有体积小、重量轻、色彩丰富、亮度高、寿命长、抗震、光可控、响应快等优点。LED最初用做仪器仪表的指示光源，后来在交通信号灯、汽车尾灯、景观灯、背光源及半导体照明等方面获得了广泛应用，并显示出了其强大的发展潜力，成为近年来研究的热点［12］。

　　传统的光源，如白炽灯、荧光灯、节能灯、高压钠灯、卤素灯等存在着如下缺点：（1）不能调光或可调光深度不够；（2）不能调色，因只有单色光。针对上述情况，本文采用无线遥控和智能控制技术对LED发光体进行控制，实现三色LED灯任意调色功能（含单色调色、双色调色和三色调色）和单色白光LED灯的任意调光功能。

1硬件电路设计

　　系统由电源电路、红外一体化遥控接收头、CPU和三路LED驱动组成，硬件的总体设计框图如图1所示。其中电源采用可调（9.6 V左右）设计，主要考虑高亮LED实际工作电压为3 V左右，因此电源为9 V左右，可以给3颗LED灯珠串联供电。硬件的具体电路如图2所示，包括以下4部分电路。

　　（1）红外接收电路设计

　　IC1为红外一体化接收头，接收头内置红外信号放大、整形与解码，输出信号为调制编码，硬件电路如图2所示；实物图如图3所示，对应图2中的IC1。

　　（2）CPU电路设计

　　考虑系统成本，CPU采用STC15W201SOP8，该芯片为TI单片机，比普通51系列单片机快7~12倍，芯片内置复位和高精度震荡器（常温下温漂0.6%），成本1元左右，8个引脚分别为：电源Vcc、Gnd、P3.0~P3.3、P5.4和P5.5，管脚如图4所示。　

　　在本系统中，选择P3.2（外部中断0）作为红外信号输入，以有效提高红外信号的捕捉性能，P3.0、P3.1、P3.3作为三路LED输出控制。

　　（3）LED驱动电路设计

　　LED驱动电路采用N沟MOS管2300，该MOS管DS耐压为20 V，ID为6 A，采用SOT23封装，其栅极驱动电压低（2.5 V时就能可靠驱动），特别适合于单片机直接驱动。

　　图2中R4、R5、R6为红、绿、蓝三路灯珠的限流电阻，当红、绿、蓝三路控制电路全部导通时，为保证发纯白色，电阻R4、R5、R6功率选择1 W。

　　（4）电源电路设计

　　这里的电源设计成9.6 V电压，以同时满足红、绿、蓝三路LED的供电需要，选用LM2575ADJ器件作为核心，该芯片为DCDC转换器件，具有效率高（达到85%以上），输入耐压高（可以达到40 V），电压适应范围宽（11.5 V~40 V输入）的特点，图2中ZD为肖特基二极管，W为可调电位器，用于调节VCC。

2软件设计

　　（1）红外信号接收中断流程图

　　本系统的红外遥控器是市面上较为通用的遥控器，其发射芯片是杭州士兰微电子股份有限公司生产的SC6122芯片，该芯片采用低压CMOS工艺，低电压工作范围（2.0 V~5.5 V）。红外信号采用P3.2（INT0）中断接收,其中断函数流程如图5和图6所示。

　　（2）PWM技术实现调光原理

　　本系统采用PWM脉宽调制方式进行调光，实现LED的变色，此方法广泛应用在直流调速、调光系统中［34］。

　　由于系统选用的芯片STC15W201S本身不带PWM，因此利用定时器来实现。

　　其基本思路是，定时器定时t0=0.2 ms，用两个单元分别代表低电平时间参数N1和高电平时间参数N2，其中N1+N2=100，低电平时间t1=N1*t0，高电平持续时间为t2=N2*t0，周期为T=t1+t2=20 ms。那么N1、N2内数据就决定了占空比，即占空比=N2/(N1+N2)，PWM波形如图7所示［6］。

　　（3）PWM技术实现调色原理

　　本系统涉及三路LED控制，因此需要3组上述N1和N2，能同时改变三路LED灯的亮度，利用光的三基色合成原理，改变三基色光中基色的强度，这样就可以产生无限种红、绿、蓝的组合，就可以改变LED灯颜色的改变，从而做到0~360°自然过渡。

　　（4）PWM程序流程图

　　图8是产生其中一路PWM的定时/计数器t0的0.2 ms中断服务程序流程图。

3功能实现方法及测试结果

　　本系统设计了12个按键，通过PWM技术实现开灯、无极调色、停止变色、白光无极调光、红光、绿光、蓝光、黄光、紫光、青光、白光、关灯12种功能。

　　实现无极调色的方法是：给定三组不同的N1、N2后，让其自动循环变化。

　　实现停止变色的方法是：控制PWM程序，三组N1、N2不再改变。

　　实现白光的方法是：让红、绿、蓝三组灯PWM波输出100%占空比波形，且保持不变,当然白光的效果还取决于电路中R4、R5、R6的参数，需要事先调整好。

　　实现红光的方法是：红光PWM波占空比为100%，其余2种则输出低电平。蓝光和绿光的方法同红光。

　　实现黄光的方法是：红光和绿光的PWM波占空比为100%，蓝光则输出低电平。紫光和青光的实现方法同黄光。

　　另外，要实现其他各种颜色，可将红、绿、蓝三种颜色按比例混合输出，就可实现多彩的颜色。经测试，本系统所设计的无线遥控LED调光调色灯实现了上述的12种功能。

　　图9为LED调光调色灯 (选了5种颜色)和遥控器实物。

4结论

　　本系统以3颗1 W的RGB LED为灯体，采用无线遥控和智能控制技术，实现了LED灯白光的亮度调节、魔幻变色的自由切换及单色光输出的功能。本系统采用低成本的STC15W201SOP8单片机作为主控器件，采用PWM控制技术，以巧妙的软件技术实现了调光与无跳变调色功能。经测试和长时间使用，该LED调光调色灯效果理想，性能稳定可靠，可供该产品设计以参考。

参考文献

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　　［2］ 陈振源.LED应用技术［M］.北京：电子工业出版社，2011.

　　［3］ 宋鹏程,文尚胜, 尚俊，等.基于PWM 的三基色LED 的调光调色方法［J］.光学学报，2015,35(2):18

　　［4］ 路秋生，程维东，王昭玲.LED 的调光与有关问题［J］.电源学报，2012(6):113115.

　　［5］ 田立东, 周继军, 秦会斌. PWM 调光LED 驱动器设计［J］. 机电工程, 2012, 29(4): 465468.

　　［6］ 冯月芹.4位RGB LED彩灯控制器PCA9633的应用［J］.微型机与应用,2015,34(7):3033.