微電腦程控自動(dòng)變色燈制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的微電腦程控自動(dòng)變色燈，由三基色發(fā)光點(diǎn)、光學(xué)混光系統(tǒng)、微電腦控制模塊和外部電源接口組成，通過由反光杯、內(nèi)部散光罩和表面混光罩構(gòu)成的光學(xué)混光系統(tǒng)，在變色燈表面實(shí)現(xiàn)均勻的混光效果。（*該技術(shù)在2019年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種變色燈，特別是采用新型半導(dǎo)體發(fā)光材料，用內(nèi)置微電腦程序控制的自動(dòng)變色燈。半導(dǎo)體發(fā)光材料在指示照明領(lǐng)域的應(yīng)用已有多年的歷史，但由于材料方面的限制，傳統(tǒng)的發(fā)光二極管電流小(單只小于10ma)、亮度低(單只小于500mcd)，因而無法用于日常照明或裝飾及廣告照明領(lǐng)域，近幾年來，國際上在半導(dǎo)體發(fā)光材料基礎(chǔ)研究方面取得了長足進(jìn)展。眾所周知，電能轉(zhuǎn)換成光能時(shí)主要的損耗是熱損耗，新型半導(dǎo)體發(fā)光材料發(fā)光時(shí)幾乎不發(fā)熱，從而使熱損耗降低到極小的程度，同時(shí)極大地提高了發(fā)光效率。由此可見，與普通光源相比，采用新型半導(dǎo)體發(fā)光材料的光源具有顯著的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。新型半導(dǎo)體發(fā)光材料的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是具有超長的使用壽命，它的連續(xù)使用壽命大于100000小時(shí)，而普通白熾燈的平均使用壽命不到1000小時(shí)。在上述技術(shù)背景條件下，本專利技術(shù)專利申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上幾乎看不到變色燈，在以往的專利文獻(xiàn)中所看到關(guān)于變色燈的專利幾乎都是采用三基色鎢絲燈泡。然而，采用鎢絲燈泡不僅功耗高、壽命低，而且很難控制，無法實(shí)現(xiàn)光譜和亮度的連續(xù)變化。此外，個(gè)別采用傳統(tǒng)三基色LED的專利，在對(duì)變色燈的控制方面，采用的也是傳統(tǒng)的變色燈控制方法一種是開關(guān)式控制方式(如圖3所示)，這種方式是用機(jī)械或電子開關(guān)接通或切斷三基色發(fā)光材料中的—或兩基色的電源，靠三基色光的簡(jiǎn)單排列組合實(shí)現(xiàn)變色，這種控制方式只能產(chǎn)生有限的幾種色彩變化，無法實(shí)現(xiàn)光譜的連續(xù)變化；另一種是模擬式電流控制方式(如附圖5所示)，這種方式通過模擬地改變加載在任一基色半導(dǎo)體發(fā)光材料和限流電阻上的電壓從而改變通過半導(dǎo)體發(fā)光材料上的電流來實(shí)現(xiàn)色彩和亮度的變化。這種方式能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光譜和亮度的連續(xù)變化，但半導(dǎo)體發(fā)光材料都存在閾值特性(見圖9)，即當(dāng)電壓小于閾值時(shí)，半導(dǎo)體發(fā)光材料不導(dǎo)通，電流幾乎等于零，當(dāng)電壓大于閾值時(shí)半導(dǎo)體發(fā)光材料迅速導(dǎo)通，電流以很高的斜率上升。由于這種閾值特性，使可控電壓范圍很小(典型范圍2V-2.4V，圖9示出了其閾值特性曲線，a為最佳工作點(diǎn)，b為閾值點(diǎn))，導(dǎo)致控制電路幾乎無法實(shí)現(xiàn)某一基色亮度從零至額定最大值的連續(xù)變化。此外，模擬式電流控制方式必須使用限流電阻，而限流電阻將產(chǎn)生熱損耗，這將導(dǎo)致功耗的顯著增加。因此這種專利由于亮度低、缺乏有效的控制手段和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)混光設(shè)計(jì)等原因而無法形成產(chǎn)品。本專利技術(shù)以上述技術(shù)背景及現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，提出一種采用四元素半導(dǎo)體發(fā)光材料作為光源材料，用內(nèi)置微電腦程序控制實(shí)現(xiàn)三基色變色原理的自動(dòng)變色燈。本專利技術(shù)還為該自動(dòng)變色燈提供了特殊的光學(xué)設(shè)計(jì)和采用了脈寬調(diào)制(PWM)輸出控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最佳的表面混光變色效果和實(shí)現(xiàn)光譜和亮度的連續(xù)變化。本專利技術(shù)的微電腦程控自動(dòng)變色燈，由三基色發(fā)光點(diǎn)、光學(xué)混光系統(tǒng)、微電腦控制模塊和外部電源接口組成，其中三基色發(fā)光點(diǎn)由一組或多組大電流超高亮度半導(dǎo)體發(fā)光材料，如四元素半導(dǎo)體發(fā)光材料構(gòu)成，光學(xué)混光系統(tǒng)由反光杯、內(nèi)部散光罩和表面混光罩構(gòu)成，微電腦控制模塊由微電腦控制器、脈寬調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)單元、RS485串行接口和電源變換單元構(gòu)成。采用本專利技術(shù)的脈寬調(diào)制(PWM)式控制方式(如圖7所示)不僅彌補(bǔ)了上述兩種控制方式的缺陷，而且它還可以利用半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)光惰性進(jìn)一步節(jié)省能耗。它的工作原理如圖7所示。眾所周知，人類的眼睛存在視覺惰性，當(dāng)發(fā)光體閃亮的頻率大于25Hz時(shí)，人眼看起來發(fā)光體是在連續(xù)發(fā)亮，基于這一原理，本專利技術(shù)采用1000Hz的脈沖驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體發(fā)光材料，脈寬占空比從零到100％連續(xù)可調(diào)，這樣可以使任一基色的亮度從零到額定最大值的連續(xù)變化，真正實(shí)現(xiàn)額定范圍內(nèi)亮度和光譜的連續(xù)變化；脈寬調(diào)制(PWM)式控制方式可以將半導(dǎo)體發(fā)光材料的導(dǎo)通電壓固定在最佳工作點(diǎn)上，而不必改變電壓，因此可以不使用限流電阻，以最大限度地降低能量消耗，它比傳統(tǒng)的控制方式具有顯著的節(jié)電效果(一般節(jié)電50％以上)。此外，半導(dǎo)體發(fā)光材料也存在發(fā)光惰性，即當(dāng)突然切斷半導(dǎo)體發(fā)光材料的電源時(shí)，它的發(fā)光亮度不會(huì)立即降為零，而是有一段很短的滯后，在脈寬調(diào)制(PWM)式控制方式中，這種發(fā)光惰性可以被用來進(jìn)一部降低能源消耗。采用本專利技術(shù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)變色燈可獲得如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果在可見光范圍內(nèi)光譜可連續(xù)任意自動(dòng)變化；節(jié)能，比現(xiàn)有其他光源節(jié)能50至100倍；長壽命，可連續(xù)使用50000小時(shí)以上。采用本專利技術(shù)的四元素半導(dǎo)體發(fā)光材料的LED單只電流達(dá)到150ma，亮度高達(dá)30000mcd，這樣的亮度已經(jīng)完全可以滿足綠色環(huán)保照明和裝飾及廣告照明的需要。采用本專利技術(shù)設(shè)計(jì)的各種不同類型的微電腦程控自動(dòng)變色燈將給綠色環(huán)保照明和裝飾及廣告照明領(lǐng)域帶來革命性的影響。在綠色環(huán)保照明方面，它可以根據(jù)不同環(huán)境下對(duì)人類眼睛最佳的波長和亮度選擇照明方式；在裝飾及廣告照明領(lǐng)域，它會(huì)帶來更為生動(dòng)和更加豐富多彩的變化；它的超長使用壽命可以使產(chǎn)品免于更換和維護(hù)；它還有非常顯著的節(jié)能效果。下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)詳細(xì)解釋。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的變色燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是微電腦控制模塊的框圖；圖3是開關(guān)式控制方式電路原理；圖4是開關(guān)式控制方式控制信號(hào)波形圖5是模擬電流式控制方式電路原理；圖6是模擬電流式控制方式控制信號(hào)波形；圖7是PWM控制方式電路原理；圖8是PWM控制方式控制信號(hào)波形；圖9是半導(dǎo)體發(fā)光體閾值特性曲線圖。圖中R、G、B分別表示三基色紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)，17、開關(guān)，18、限流電阻，19、半導(dǎo)體發(fā)光體。本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施實(shí)例如說明書附圖1所示，它由三基色半導(dǎo)體發(fā)光材料發(fā)光點(diǎn)4、旋轉(zhuǎn)拋物面反光杯3、內(nèi)部凸透鏡散光罩9、表面Fresnel棱鏡2、表面Pillow棱鏡1、微電腦控制模塊6、外部電源插頭8、RS485串行接口插口7、塑料外殼5組成。三基色半導(dǎo)體發(fā)光材料發(fā)光點(diǎn)4的發(fā)光視角為30-60度，通過內(nèi)部凸透鏡散光罩9將視角擴(kuò)大至120-180度，透過凸透鏡散光罩9的光線大部直接照射到表面Fresnel棱鏡2上，其它部分通過旋轉(zhuǎn)拋物面反射杯3反射到表面Fresnel棱鏡2上，經(jīng)過表面Fresnel棱鏡2和表面Pillow棱鏡1的多次折射，使光線在變色燈表面達(dá)到均勻的混光效果。其中內(nèi)部凸透鏡散光罩9和表面Fresnel棱鏡可以采用透明的玻璃、有機(jī)玻璃或工程塑料材料，表面Pillow棱鏡可以采用透明或半透明的玻璃、有機(jī)玻璃或工程塑料材料。本專利技術(shù)的微電腦控制模塊如附圖2所示，它由微電腦控制器MCU11、脈寬調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)單元(PWM)12、RS485串行接口13和電源變換單元14構(gòu)成。微電腦控制器11執(zhí)行預(yù)先寫入到其內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的程序指令或通過RS485串行接口13接收外部群控或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制指令，經(jīng)過特定的程序運(yùn)算，將脈寬調(diào)制控制信號(hào)輸出到脈寬調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)單元12，脈寬調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)單元12按三基色輸出三組脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三基色半導(dǎo)體發(fā)光點(diǎn)，電源變換單元14將220V交流電變換成所需的直流電壓向微電腦控制器11、脈寬調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)單元12和RS485串行接口13供電。本專利技術(shù)根據(jù)綠色環(huán)保照明和裝飾及廣告照明對(duì)亮度的各種不同要求，在變色燈內(nèi)采用一組或多組由新型半導(dǎo)體發(fā)光材料構(gòu)成的三基色光點(diǎn)，通過由反光杯、內(nèi)部散光罩和表面混光罩構(gòu)成的光學(xué)混光系統(tǒng)，在變色燈表面實(shí)現(xiàn)均勻的混光效果。本專利技術(shù)的內(nèi)置式微電腦可根據(jù)設(shè)定的程序控制變色燈自動(dòng)地變本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種微電腦程控自動(dòng)變色燈，由三基色發(fā)光點(diǎn)、光學(xué)混光系統(tǒng)、微電腦控制模塊和外部電源接口組成，其特征在于三基色發(fā)光點(diǎn)由一組或多組大電流超高亮度四元素半導(dǎo)體發(fā)光材料構(gòu)成，光學(xué)混光系統(tǒng)由反光杯、內(nèi)部散光罩和表面混光罩構(gòu)成，微電腦控制模塊由微電腦控制器、脈寬調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)單元、ＲＳ４８５串行接口和電源變換單元構(gòu)成。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫騰諶，吳守國，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：孫騰諶，吳守國，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]