Diseño y desarrollo de controladores LED

Con el desarrollo de Internet y la tecnología, y el progreso continuo de la sociedad, hay cada vez más herramientas para que la gente se entretenga y se relaje. El controlador LED se puede convertir e

Con el desarrollo de Internet y la tecnología, y el progreso continuo de la sociedad, hay cada vez más herramientas para que la gente se entretenga y se relaje. El controlador LED se puede convertir en un juguete electrónico de alta tecnología que utiliza el "efecto de persistencia visual" para funcionar. Productos como los balancines fabricados son uno de los productos más populares. El controlador es un efecto sensorial basado en el principio de persistencia de la visión humana. Al agitar el controlador LED, la persistencia de la visión humana producirá un plano visual en el área de agitación del diodo emisor de luz. Cuando se implementa, el controlador puede hacer que las luces LED anteriores muestren texto y gráficos en la posición adecuada en el aire, para lograr la visualización El papel de transmitir información en el avión. El producto terminado de este tipo de controladores es cada vez más común en diversas actividades culturales y deportivas, aumentando el efecto del evento.


1. Principio de diseño del controlador LED

Existe un fenómeno de persistencia de la visión en los ojos humanos. Es debido a la lenta respuesta de los ojos que enriquece la experiencia visual humana. Este sistema está diseñado en base a este principio y es un producto de alta tecnología de imágenes de movimiento LED de matriz lineal desarrollada por la última tecnología electrónica patentada. . Cuando el controlador LED sacude en diferentes posiciones, los LED en línea recta mostrarán diferentes columnas de la imagen bidimensional, y el efecto de persistencia visual del ojo humano se utilizará para realizar la pantalla de escaneo gráfico. El control de la frecuencia de la señal de salida se realiza mediante FPGA, y se utilizan 32 diodos emisores de luz para refrescar la luz y apagarla en diferentes frecuencias. Al agitar, debido al efecto de persistencia de la visión humana, se generará un plano visual en el área de vibración del diodo emisor de luz. Los diodos en el plano visual se refrescarán a diferentes frecuencias para producir una imagen en el área de vibración, de modo que alcancen el plano visual. El papel de cargar información. A partir del análisis de datos, el tiempo necesario para moverse de un lado al otro es 0,1 s. Si 0,1 s se divide en 64 partes, el tiempo de visualización gráfica de cada columna es 1562um. Cada columna corresponde a 32 diodos emisores de luz LED, y luego muestra la columna correspondiente del gráfico en cada momento, puede obtener una pantalla gráfica completa.


LED es la abreviatura de Light Emitting Diode (Diodo emisor de luz, LED), también conocido como diodo emisor de luz. Este tipo de componente semiconductor se utiliza generalmente como luz indicadora y tablero de visualización. No solo puede convertir directamente la energía eléctrica en energía luminosa con alta eficiencia, sino que también tiene La vida útil más larga de decenas de miles de horas y puede ahorrar electricidad y otras ventajas. El diseño adopta un método de conexión de cátodo común.Cuando se aplica un voltaje de 5V al ánodo del LED, el LED tendrá corriente a través de él y el LED emitirá luz. Cuando los dos extremos del LED están altos, aunque hay una pequeña diferencia de voltaje, la corriente generada por la pequeña diferencia de voltaje no puede hacer que la lámpara LED emita luz. Generalmente, el voltaje de conducción de la lámpara LED es superior a 1,5 V y la corriente debe ser superior a 200 mA. El voltaje de conducción y la corriente de los diferentes LED son diferentes. Además, para el módulo del interruptor de mercurio, como sensor de modo, debido a la gravedad, las gotas de mercurio fluirán con la parte inferior del contenedor. Si se contactan dos electrodos al mismo tiempo, el interruptor cerrará el circuito, encenderá el interruptor y controlará el sistema. Visualización de imágenes.


2. Análisis del esquema del sistema del controlador LED

La realización del módulo de control LED se realiza utilizando las características de persistencia visual del ojo humano. El tubo luminoso LED se utiliza como visualización de cada columna de la pantalla. El movimiento de la izquierda y la derecha desempeña el papel de escaneo. El fenómeno de persistencia visual del ojo humano hace que lo que ves sea una imagen La imagen completa. Sin embargo, en el módulo de pantalla LED, si el número de luces LED es demasiado pequeño, la resolución eventualmente se reducirá al mostrar texto y la imagen mostrada no es lo suficientemente delicada. Por lo tanto, el diseño original utiliza 32 diodos emisores de luz LED como Se explican ejemplos.


Además, cuando el controlador está temblando, si el texto, la imagen y otra información mostrados no son simétricos, se producirá una imagen fantasma inversa cuando la información de la imagen continúe mostrándose durante el proceso de retroceso, lo que dará como resultado la visualización de la imagen o la información. Incorrecto, este diseño utiliza un interruptor de mercurio o un interruptor de inercia para resolver este problema. Cuando el controlador está temblando, a través de la acción de gravedad del interruptor de mercurio, el circuito solo se encenderá cuando se agite en una determinada dirección, y se mostrarán gráficos, texto y otra información al mismo tiempo, y el interruptor se apagará automáticamente durante el barrido inverso, y el LED se iluminará. El diodo no muestra el contenido, por lo que se puede controlar conectando un interruptor de mercurio, de modo que cuando el controlador LED se mueva de una dirección a otra, el contenido se muestre claramente, eliminando el problema de las imágenes fantasma.


Tres, método de desarrollo del controlador LED

3.1 Diseño de hardware


La fuente de alimentación VCC del circuito de hardware de este sistema se deriva de FPGA. Las 32 interfaces de E / S en el sistema están conectadas a LED de alto brillo y resistencias pull-up en forma de cátodo común. Los puertos de E / S emiten un nivel alto para encender las luces pequeñas y cambiar con mercurio. Como sensor de dirección, envía una señal de estado de pantalla al controlador FPGA. El circuito de hardware del sistema incluye 3 partes: módulo de interruptor de mercurio, módulo de pantalla LED y módulo de interfaz de E / S. Módulo de circuito de hardware.


Entre ellos, el módulo de interruptor de mercurio realiza la función del sensor de dirección para determinar la dirección de vibración de todo el controlador. La dirección del interruptor de mercurio es hacia arriba y ligeramente hacia la derecha. Cuando la palanca oscilante es como una sacudida hacia la derecha, el sensor devuelve una señal de borde ascendente a través de la interfaz de E / S. Enlace de información. Cuando la FPGA recibe la señal de borde ascendente del sensor, comienza a ejecutar un ciclo de código de pantalla y lo transmite al módulo de pantalla LED a través de la interfaz de E / S. Esta placa de desarrollo de experimentos FPGA de diseño se basa en EP3C5E144 de la empresa ALTERA como plataforma.


Durante un período de tiempo de visualización, la FPGA protege automáticamente el valor de retorno del sensor durante este período, y cuando la determinación del final del período de visualización entra en vigor, la FPGA recibe de nuevo el valor de retorno del módulo del sensor. De esta forma, es posible evitar confusiones en el contenido mostrado cuando el joystick se mueve hacia adelante y hacia atrás, por ejemplo, la imagen doble de fuentes positivas y negativas hace que el contenido correcto se muestre de forma clara y precisa.


3.2 Diseño de software


Este diseño adopta la combinación de lenguaje VHDL basado en FPGA y diagrama esquemático para realizar el diseño en una secuencia de ingeniería de abajo hacia arriba. En primer lugar, la capa inferior se compone de 7 módulos, a saber: bucle de bloqueo de fase, divisor de frecuencia, determinante de nivel de señal de sensor uno, determinante de nivel de señal de sensor dos, dispositivo de retroalimentación, controlador de tiempo y selección y decodificador de datos de salida.


(1) Diseño del módulo divisor de frecuencia y controlador de tiempo: el módulo divisor de frecuencia divide la señal de entrada por 100 a través de la entrada de señal de reloj CLK. La señal de entrada es la señal de salida de bucle de bloqueo de fase. La señal de salida FREOUT se utiliza como entrada del controlador de tiempo. El controlador recibe la señal de frecuencia de 1MHZ emitida por el divisor de frecuencia, recibe la señal de habilitación del controlador de temporización emitida por el controlador central, envía la señal de fin de ejecución de temporización al controlador central y envía la señal de selección de datos del código de fuente a la selección y decodificación de datos de salida Este módulo se genera mediante programación en lenguaje VHDL.


(2) Diseño del módulo del determinante de la señal del sensor: El determinante de la señal del sensor tiene dos niveles. El determinante del primer nivel realiza la determinación preliminar del valor de retorno del interruptor de mercurio y hace los preparativos necesarios para que el determinante del segundo nivel determine el borde ascendente. También integra Hay tres unidades de juicio inteligente, que incluyen dos juicios inteligentes de temporización de alto nivel y un juicio inteligente de temporización de bajo nivel. El juicio inteligente de alto nivel genera una señal de activación de temporización de 2 y 4 segundos, y el juicio inteligente de bajo nivel se da cuenta de la ocurrencia de una señal de reinicio de temporización de 2 segundos. El determinante de segundo nivel de la señal del sensor determina estrictamente el flanco ascendente de la señal de primer nivel. Si es un flanco ascendente, el controlador central con retroalimentación integrada está habilitado y la señal clara de retroalimentación se recibe como una de las condiciones de determinación.


(3) Diseño del módulo del controlador central con retroalimentación integrada: este módulo recibe la señal de fin del controlador de tiempo y la señal de habilitación de la salida del controlador central por parte del segundo árbitro, y emite la señal de habilitación del controlador de tiempo y la señal clara de retroalimentación a El segundo determinante. El controlador recibe la señal de finalización de la pantalla del ciclo del controlador de tiempo y, después del procesamiento, emite la señal clara de la pantalla, de modo que el controlador LED muestra en una dirección cuando se está moviendo y la pantalla en la otra dirección no es válida.


(4) Diseño de software de nivel superior: los siete módulos están escritos con éxito por siete programas VHDL independientes y generan componentes esquemáticos. En segundo lugar, la parte superior está diseñada en base al diagrama esquemático. Los componentes VHDL en la parte inferior se conectan a un circuito completo después de agregar los puertos de entrada y salida de acuerdo con los principios correspondientes. Hay dos entradas y 32 salidas, que son: entrada FPGA 20MHZ, retorno del interruptor de mercurio Entrada de valor, salida de ánodo de 32 LED.


En cuarto lugar, el concepto de diseño de la lámpara de escritorio LED inteligente.

Hay muchos tipos de lámparas en el mercado ahora, las lámparas de escritorio ordinarias funcionan con corriente alterna de 220 V, tubos fluorescentes, bombillas incandescentes como fuentes de luz, interruptores manuales o interruptores sensibles al tacto para controlar.


Ahora las lámparas de escritorio son casi una necesidad de la vida familiar ordinaria, hay dos modos de lámparas de escritorio, manuales y automáticas. Las personas en la sociedad moderna a menudo se olvidan de apagar las luces y provocan el consumo de energía. Como necesidad, debe tener un impacto beneficioso en la vida de las personas, puede evitar que te preocupes por no encender las luces en la oscuridad y puede corregir la postura de las personas sentadas. El microordenador de un solo chip está controlado por el sensor de infrarrojos para detectar la intensidad de la luz infrarroja de la mano humana, y el microordenador de un solo chip controla el circuito de impulsión del LED para controlar el brillo de la lámpara LED. Además, el sistema de detección del sensor de infrarrojos se puede utilizar con el sistema de temporización para calcular el tiempo de aprendizaje de la lectura, que supera el tiempo del temporizador. Se emitirá una alarma y el brillo de la luz LED se reducirá para recordar a los alumnos el tiempo de aprendizaje y la protección ocular.Cuando la energía está apagada, la luz LED puede ser alimentada por una batería de litio recargable de 5V.


(1) Principio funcional: en el diseño de lámparas de escritorio, se deben cumplir los requisitos de iluminación. Se deben seleccionar diferentes métodos de iluminación y lámparas de acuerdo con diferentes espacios, diferentes lugares y diferentes herramientas, y se debe mantener la iluminación y el brillo. Por ejemplo: el diseño de iluminación del escritorio de lectura y escritura debe adoptar iluminación vertical, de modo que el brillo se distribuya uniformemente y evite el deslumbramiento; para atraer la atención de un gran número de clientes, generalmente se usan luces fuertes para iluminación prominente , Su brillo es aproximadamente de 3 a 5 veces más alto que el brillo de iluminación normal. Para hacer que los productos sean más tridimensionales, con textura y efecto publicitario, muchas empresas a menudo usan accesorios de iluminación direccional y usan luz de color para hacer productos más Tiene atractivo artístico.


(2) El principio de economía: cuando se diseña iluminación, no se puede pensar en más, la clave es ser científico y práctico, y usarla de manera razonable. El diseño de iluminación es principalmente para satisfacer el disfrute visual y la estética de las personas, para maximizar la belleza del espacio interior, y es la unidad de utilización y estética. Algunas luces en la sociedad no solo no pueden aumentar la belleza, sino que son contraproducentes, lo que resulta en el consumo de energía, causa pérdidas económicas y es más probable que cause contaminación ambiental ligera y dañe el cuerpo. De acuerdo con los estándares de iluminación de la sociedad moderna, las escalas utilizadas también son diferentes debido a las diferencias de uso y resolución.


(3) El principio de seguridad: el diseño de iluminación no debe usarse a voluntad, el diseño a voluntad y se debe prestar atención a la seguridad. Debido a que las lámparas usan fuentes de energía, se puede imaginar el daño de la electricidad al cuerpo humano, por lo que se deben tomar medidas de seguridad relevantes como antichoque y anti-rotura para prevenir accidentes tanto como sea posible y minimizar la incidencia de accidentes.


Cinco, el diseño de componentes de la solución de lámpara de escritorio LED

(1) Circuito de accionamiento: controlador de LED: para cumplir con los requisitos de diferentes voltajes de entrada, corriente de salida y diferentes números de LED, las empresas de dispositivos semiconductores han desarrollado varios tipos de controladores de LED de luz blanca. Además de activar LED blancos, el controlador también puede activar LED azules o LED de otros colores. Además, el controlador tiene las características de salida constante o salida de corriente constante programable, por lo que el controlador se puede utilizar como una fuente de alimentación regulada o una fuente de corriente constante programable.


(2) Requisitos para controladores LED: los LED no solo se utilizan para la retroiluminación de LCD, sino que en los últimos años se utilizan lentamente como iluminación, linternas y equipos estroboscópicos. El LED blanco también se ha desarrollado de baja potencia a media y alta potencia (corriente hasta 100 mA). La linterna de la luz utiliza un LED blanco de alta potencia para producir una luz deslumbrante en el cielo nocturno, y el efecto publicitario es obvio. El controlador puede considerarse como una fuente de alimentación especial para el LED. Puede controlar LED blancos con una caída de voltaje directa de 3,0 V a 4,3 V y puede activar varios LED blancos en serie, paralelo o serie / paralelo según sea necesario para cumplir con los requisitos de corriente de la unidad.


(3) Esquemas de unidades de potencia LED de uso común: hay muchos esquemas para unidades de potencia LED, y existen diferentes esquemas en la realización técnica de convertidores de potencia LED. De acuerdo con el voltaje de la fuente de alimentación, el controlador de alimentación LED se puede dividir en unidad de bajo voltaje (la tensión de la fuente de alimentación es de 0,8 ~ 1,65 V), unidad de voltaje de transición (la tensión de la fuente de alimentación es de 4 V), unidad de alto voltaje (la tensión de la fuente de alimentación es superior a 5 V) y fuente de alimentación de la ciudad.


6. Depuración y soluciones del circuito de lámpara de escritorio LED inteligente

6.1 El problema del ángulo de iluminación LED de la lámpara de escritorio


Muchos paquetes de lentes LED no son iguales incluso si tienen un ángulo de emisión de luz uniforme (ángulo nominal), los resultados son diferentes, lo que dificulta la extracción del condensador y aún no es universal.


En este diseño, si no hay luz tratada directamente, debe ser desigual y el espacio entre los LED también afectará. La luz en el ángulo luminoso del LED no es uniforme, pero se debilita gradualmente alrededor del centro. Es por eso que los productos de luz LED utilizan LENS o vasos reflectores para el tratamiento de la luz.


6.2 Baja eficiencia LED de la lámpara de escritorio (tasa luminosa)


La eficiencia luminosa del LED en este diseño está realmente dividida en dos bloques principales: fuerza cuántica interna y efecto cuántico externo. En términos generales, el efecto cuántico interno es el efecto de la transición de electrones para generar fotones. Disminuya las transiciones no radiativas: reduzca los centros de recombinación no radiativa (principalmente si hay defectos en el cristal) para formar una diferencia de nivel de energía constante necesaria: (1) dopaje efectivo; (2) temperatura de unión más baja.


6.3 Brillo insuficiente del LED de la lámpara de escritorio


Este diseño utiliza diferentes grados de chips para empaquetar el brillo para que sea diferente, y el LED puede hacerse más brillante aumentando la corriente. Cuando el circuito es bajo, el brillo es más oscuro.


6.4 Aparecen luces muertas


El fenómeno de luz muerta LED en este diseño tiene principalmente las siguientes dos situaciones: luz muerta de circuito abierto y luz muerta de cortocircuito.


Las razones del circuito abierto y la luz muerta son: (1) Las juntas de soldadura en el LED no son confiables; las juntas de soldadura de chip están contaminadas; la capa eléctrica del soporte no cumple con el estándar y el cable es demasiado delgado, lo que resulta en una tensión insuficiente de la junta de soldadura; tensión interna causada por no estar completamente fijo Llevar al aflojamiento de las juntas de soldadura, etc. (2) Causado por soldadura virtual durante el proceso de soldadura de LED y PCB.


Las razones de la lámpara muerta de cortocircuito son: (1) El antiestático (ESD) del chip LED es deficiente, y el voltaje de resistencia en modo directo es inferior a 300v; (2) La confiabilidad de la fuente de alimentación es insuficiente o no coincide para causar sobrecorriente y sobrevoltaje del LED. .


Durante la depuración, la luz muerta del circuito abierto causada por la inestabilidad de las juntas de soldadura en el LED es la causa del material y el proceso en el proceso de producción del LED, y el problema de calidad del LED. Pasé la prueba de temperatura, prueba de choque térmico, Experimento de envejecimiento a alta temperatura y alta humedad para filtrar juntas de soldadura confiables. La luz muerta causada por la soldadura virtual en el proceso de soldadura de LED y PCB de este diseño es causada por el proceso cuando se usa el LED para procesar el producto, por lo que el problema debe resolverse desde los siguientes aspectos: (1) La temperatura de soldadura se mantiene en aproximadamente 260 grados Celsius, y el tiempo se controla a 3S. Dentro de 5S; (2) Antes de que la temperatura de soldadura vuelva a la normalidad, asegúrese de evitar cualquier fluctuación u otra fuerza externa del LED; (3) El punto de soldadura está por encima de 2,5 mm desde la parte inferior del coloide; (4) Cuando el LED está doblado o doblado Preste atención a la distancia de más de 2 mm conectado con el coloide para evitar que el soporte interior del coloide LED se separe del cable dorado.


En el proceso de diseño, la confiabilidad de la fuente de alimentación no es suficiente o no coincide, lo que hará que la sobrecorriente y la sobretensión del LED provoquen L


El ED está dañado, por lo que al seleccionar, debemos prestar atención a la confiabilidad de la fuente de alimentación del LED y la coincidencia con el LED: (1) En términos de emparejamiento de voltaje, el LED funciona a un voltaje bajo de aproximadamente 2-3 voltios, y se debe diseñar un circuito de conversión complicado. Las luces LED para diferentes propósitos deben estar equipadas con diferentes adaptadores de corriente. Por lo tanto, el diseño es muy cuidadoso en la aplicación; (2) En términos de coincidencia de corriente, la corriente de trabajo normal del LED es de 15 mA a 18 mA. Cuando la corriente de la fuente de alimentación es inferior a 15 mA, la intensidad luminosa del LED no es suficiente y cuando es superior a 20 mA, la intensidad luminosa se debilitará. , Al mismo tiempo, el calor aumenta considerablemente, el envejecimiento se acelera y la vida se acorta. Después de la prueba, se dañará rápidamente cuando supere los 40 mA.


para resumir


Este artículo utiliza diodos emisores de luz LED de alto brillo e interruptores de mercurio para diseñar un modelo de controlador LED basado en FPGA. El controlador no solo puede iluminar, patrones de destello, sino que también puede usarse como un producto comercial. Actualice los niveles alto y bajo de los puertos de salida conectados a 32 LED en tiempo compartido para realizar la visualización de texto, patrones y otra información, lo que acorta en gran medida el ciclo de desarrollo, mejora la estabilidad del sistema y mejora las condiciones de actualización y expansión del sistema.