摘要：本文着重介绍了一种新型的LED亮化工程设计原理，并对设计中的控制器和LED驱动电源两部分做了重点介绍，对与LED相关的户外亮化工程项目具有现实意义。
关键词：控制器 LED驱动电源
0 引言
随着半导体行业的发展，发光二极管（LED）也日趋代替户内应用的白炽灯及户外应用的霓虹灯。LED具有节能、环保、体积小、寿命长的特点。LED灯具目前已广泛应用于户外楼体亮化、公园景观照明、道路照明等项目中。比如LED 护栏管也具有热量低、功耗小，具有较长的使用寿命等优点，如果与控制器相配合，就可以实现流水、渐变、追逐等效果。
本设计主要应用于大面积的工程，LED灯具与电脑控制器相连接，可以根据客户的要求，实现各种图案显示和动画视频等高级的效果。
1 系统总体方案设计
系统的总体设计原理框图如图1所示，该系统由主控电脑、交换机、控制器、电源、LED光源等五大模块组成。其中控制器是整个系统的中心模块，是实现LED灯光变化效果的重要组成部分。
图1
2 系统硬件介绍
2.1 主控电脑
主控电脑为市面普通的电脑，选取时主要参考的参数为：
CPU：2.0GHZ以上；
内存：1G以上 ；
百兆网卡。
其作用是处理亮化工程所需的视频文件，并将视频文件转换为视频信号数据，并发送到交换机。
2.2 交换机
本设计中电信号转发的网络设备由交换机（英文：Switch，意为“开关”）来实现。任意两个网络的节点可以通过交换机，实现独享的电信号通路。
本设计中的交换机装置，接收主控电脑传送过来的亮化工程所需的视频信号，对控制信号数据进行分配，并分别发送到控制器。
本设计中所选的交换机型号为水星S108M，它是8口百兆基本型交换机。
2.3 控制器
要使LED阵列有规律地发光，即显示出客户需要的文字、图形或动画视频效果，就需要设置LED控制器（LED controller），其原理是通过芯片处理、控制LED所在电路中的各个位置的开关。
目前普遍利用脉宽调制（PWM）来实现对LED的亮度调控，其基本原理是控制恒定电压的直流源开关频率，改变LED两端的电压大小，从而达到控制要求的一种调制方法。在脉宽调制系统中，接通和断开电源都是按照特定的频率来控制，并且根据需要来改变一个周期内电源“接通”和“断开”的时间，通过改变LED两端所承担的平均电压的大小来控制LED的亮度。简单来概括就是，在一定频率的方波中，利用脉宽调制来调控低电平和高电平的占空比，从而实现对LED亮度的调控。
LED控制器就是将先进的电脑控制芯片技术和脉宽调制（PWM）数字化的亮化调节技术相结合，是专用于LED灯饰的红、绿、蓝三色智能调光控制器，可以对远距离调光实现遥控，能够满足商业照明在不同时段和不同环境下对光线强弱的需要，有利于LED寿命的延长，更有利于节能环保。LED控制器还具有使用简单，接线方便的优点，利用它可易于实现客户所需求的跳变、渐变等的灯光变化效果。
本设计选用控制器T-100K-B，具有以下特点：
（1）可与电脑联机，最大可以实现30万像素点的控制。
（2）灰度控制范围为32级―65536级，软件Gamma校正处理。
（3）通过与视频编播软件LedEdit相结合来控制规则、异形等各种点、线、面的光源。
（4）配有8个输出端口，32灰度级每端口最大可带动1024颗灯，256灰度级每端口最大可带动512颗灯。
（5）利用优化的网络协议实现数据传输，可以与通用的百兆交换机进行连接。
（6）控制器的拨码卡关实现对其IP地址的设定，每台控制器都有与其对应的IP地址。
（7）更有利于485差分信号或者TTL信号输出。对于TTL信号的输出，控制器的地线输出应与灯具的地线连接到一起。
（8）实现单双线IC兼容控制，接单线IC的灯具时，不需要与CLK时钟线相接。
本设计在使用T-100K-B控制器的过程中，应注意一下几点：
（1）本设计中，控制器到灯的距离超过20米，使用光电隔离信号传输控制方式，能够有效抑制远距离传输所带来的噪声干扰，提高信号传输的可靠性，同时提高信号传输速度，有效缩短响应时间。
（2）信号传输线选用质量好的网线，例如超五类网线。
（3）当需多台控制器时，SD 卡应插入第一台控制器，即主控制器上，并且只能储存一个视频效果文件。值得一提的是，灯具所显示出来的动画、视频效果，优先读取插在主控电脑上的SD卡，若此SD卡出现故障，主控制器会自动读取其上的SD卡内程序，从而保证灯具的动画、视频效果能够延续。
（4）在使用SD卡前，必须先对其进行格式化，然后才能将程序文件拷贝到SD卡，每次拷贝前都要格式化程“FAT”格式。并且控制器上的SD卡不可以热插拔，也就是说，每次插拔SD卡时，必须先断开控制器的电源。
2.4电源
LED需直流电压驱动其工作，在实际应用中，需添加电压变换电路，使220V的交流市政电压变换为LED所能承担的低电压。
传统LED交流输入驱动器有两种方案：
（1）电源变压器降压线性稳压电源
此种电源从市政电源输入端到低压输出端，主要分四个部分：降压变压器、整流、滤波、稳压。此电源能够实现较简单的降压稳压输出，其功率器件（如晶体管）工作在线性状态，即电源一旦工作，其功率器件就一直在工作，导致其工作效率低，一般在50% - 60%。
（2）通用输入反激式开关电源
此电源从市政电源输入端到低压输出端，主要分以下四部分：整流、滤波、PWM控制器、降压变压器。开关电源分直流开关电源和交流开关电源，是利用现代的电力电子技术，控制开关导通和关断的时间比率，达到维持输出电压稳定的目的的一种电源。开关电源一般由MOSFET和脉宽调制控制器组成。开关电源技术随着电力电子技术的发展也在不断地创新。因开关电源体积小、重量轻和效率高的特点，目前被广泛应用于电子设备中，是当今电子信息产业迅速发展的不可或缺的一种电源方式。
本设计在市政电源与LED之间添加12V 直流开关电源，如图2所示。
图2
本设计中所用的开关电源，采用Supertex公司推出的HV9931固定频率PWM控制器，以此来实现恒流和恒压输出，并且能提高功率因数校正。
3 结语
本文采用主控电脑、交换机、控制器、LED驱动电源等四个模块相连接，实现现代工程亮化项目的设计，可以实现较大面积工程的LED亮化，使LED灯能够显示客户所需求的图案或动画、视频等高级效果。本设计通用性较好，实用性强，适合当今户外楼体亮化工程项目。
参考文献
[1]邵辉.由控制器HV9931驱动的LED电源[J].电子世界，2006（7）：59―61.
[2]鲁刚强，基于单片机PWM信号控制LED的软件实现方法[J]，电子技术，2012（5），46-47.
[3]周志敏，周纪海，纪爱华.LED驱动电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[4]杨恒.LED照明驱动器设计[M].北京：中国电力出版社，2010.
关键词：控制器 LED驱动电源
0 引言
随着半导体行业的发展，发光二极管（LED）也日趋代替户内应用的白炽灯及户外应用的霓虹灯。LED具有节能、环保、体积小、寿命长的特点。LED灯具目前已广泛应用于户外楼体亮化、公园景观照明、道路照明等项目中。比如LED 护栏管也具有热量低、功耗小，具有较长的使用寿命等优点，如果与控制器相配合，就可以实现流水、渐变、追逐等效果。
本设计主要应用于大面积的工程，LED灯具与电脑控制器相连接，可以根据客户的要求，实现各种图案显示和动画视频等高级的效果。
1 系统总体方案设计
系统的总体设计原理框图如图1所示，该系统由主控电脑、交换机、控制器、电源、LED光源等五大模块组成。其中控制器是整个系统的中心模块，是实现LED灯光变化效果的重要组成部分。
图1
2 系统硬件介绍
2.1 主控电脑
主控电脑为市面普通的电脑，选取时主要参考的参数为：
CPU：2.0GHZ以上；
内存：1G以上 ；
百兆网卡。
其作用是处理亮化工程所需的视频文件，并将视频文件转换为视频信号数据，并发送到交换机。
2.2 交换机
本设计中电信号转发的网络设备由交换机（英文：Switch，意为“开关”）来实现。任意两个网络的节点可以通过交换机，实现独享的电信号通路。
本设计中的交换机装置，接收主控电脑传送过来的亮化工程所需的视频信号，对控制信号数据进行分配，并分别发送到控制器。
本设计中所选的交换机型号为水星S108M，它是8口百兆基本型交换机。
2.3 控制器
要使LED阵列有规律地发光，即显示出客户需要的文字、图形或动画视频效果，就需要设置LED控制器（LED controller），其原理是通过芯片处理、控制LED所在电路中的各个位置的开关。
目前普遍利用脉宽调制（PWM）来实现对LED的亮度调控，其基本原理是控制恒定电压的直流源开关频率，改变LED两端的电压大小，从而达到控制要求的一种调制方法。在脉宽调制系统中，接通和断开电源都是按照特定的频率来控制，并且根据需要来改变一个周期内电源“接通”和“断开”的时间，通过改变LED两端所承担的平均电压的大小来控制LED的亮度。简单来概括就是，在一定频率的方波中，利用脉宽调制来调控低电平和高电平的占空比，从而实现对LED亮度的调控。
LED控制器就是将先进的电脑控制芯片技术和脉宽调制（PWM）数字化的亮化调节技术相结合，是专用于LED灯饰的红、绿、蓝三色智能调光控制器，可以对远距离调光实现遥控，能够满足商业照明在不同时段和不同环境下对光线强弱的需要，有利于LED寿命的延长，更有利于节能环保。LED控制器还具有使用简单，接线方便的优点，利用它可易于实现客户所需求的跳变、渐变等的灯光变化效果。
本设计选用控制器T-100K-B，具有以下特点：
（1）可与电脑联机，最大可以实现30万像素点的控制。
（2）灰度控制范围为32级―65536级，软件Gamma校正处理。
（3）通过与视频编播软件LedEdit相结合来控制规则、异形等各种点、线、面的光源。
（4）配有8个输出端口，32灰度级每端口最大可带动1024颗灯，256灰度级每端口最大可带动512颗灯。
（5）利用优化的网络协议实现数据传输，可以与通用的百兆交换机进行连接。
（6）控制器的拨码卡关实现对其IP地址的设定，每台控制器都有与其对应的IP地址。
（7）更有利于485差分信号或者TTL信号输出。对于TTL信号的输出，控制器的地线输出应与灯具的地线连接到一起。
（8）实现单双线IC兼容控制，接单线IC的灯具时，不需要与CLK时钟线相接。
本设计在使用T-100K-B控制器的过程中，应注意一下几点：
（1）本设计中，控制器到灯的距离超过20米，使用光电隔离信号传输控制方式，能够有效抑制远距离传输所带来的噪声干扰，提高信号传输的可靠性，同时提高信号传输速度，有效缩短响应时间。
（2）信号传输线选用质量好的网线，例如超五类网线。
（3）当需多台控制器时，SD 卡应插入第一台控制器，即主控制器上，并且只能储存一个视频效果文件。值得一提的是，灯具所显示出来的动画、视频效果，优先读取插在主控电脑上的SD卡，若此SD卡出现故障，主控制器会自动读取其上的SD卡内程序，从而保证灯具的动画、视频效果能够延续。
（4）在使用SD卡前，必须先对其进行格式化，然后才能将程序文件拷贝到SD卡，每次拷贝前都要格式化程“FAT”格式。并且控制器上的SD卡不可以热插拔，也就是说，每次插拔SD卡时，必须先断开控制器的电源。
2.4电源
LED需直流电压驱动其工作，在实际应用中，需添加电压变换电路，使220V的交流市政电压变换为LED所能承担的低电压。
传统LED交流输入驱动器有两种方案：
（1）电源变压器降压线性稳压电源
此种电源从市政电源输入端到低压输出端，主要分四个部分：降压变压器、整流、滤波、稳压。此电源能够实现较简单的降压稳压输出，其功率器件（如晶体管）工作在线性状态，即电源一旦工作，其功率器件就一直在工作，导致其工作效率低，一般在50% - 60%。
（2）通用输入反激式开关电源
此电源从市政电源输入端到低压输出端，主要分以下四部分：整流、滤波、PWM控制器、降压变压器。开关电源分直流开关电源和交流开关电源，是利用现代的电力电子技术，控制开关导通和关断的时间比率，达到维持输出电压稳定的目的的一种电源。开关电源一般由MOSFET和脉宽调制控制器组成。开关电源技术随着电力电子技术的发展也在不断地创新。因开关电源体积小、重量轻和效率高的特点，目前被广泛应用于电子设备中，是当今电子信息产业迅速发展的不可或缺的一种电源方式。
本设计在市政电源与LED之间添加12V 直流开关电源，如图2所示。
图2
本设计中所用的开关电源，采用Supertex公司推出的HV9931固定频率PWM控制器，以此来实现恒流和恒压输出，并且能提高功率因数校正。
3 结语
本文采用主控电脑、交换机、控制器、LED驱动电源等四个模块相连接，实现现代工程亮化项目的设计，可以实现较大面积工程的LED亮化，使LED灯能够显示客户所需求的图案或动画、视频等高级效果。本设计通用性较好，实用性强，适合当今户外楼体亮化工程项目。
参考文献
[1]邵辉.由控制器HV9931驱动的LED电源[J].电子世界，2006（7）：59―61.
[2]鲁刚强，基于单片机PWM信号控制LED的软件实现方法[J]，电子技术，2012（5），46-47.
[3]周志敏，周纪海，纪爱华.LED驱动电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[4]杨恒.LED照明驱动器设计[M].北京：中国电力出版社，2010.
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