LED護欄燈是以熒光燈管或LED作為光源，以連續的護欄為載體，形成近似線性的護欄燈帶。有紅/黃/綠/藍/白/紫/青/七彩等顏色，通過IC控制，可實現漸變、跳變、色彩閃爍、隨機閃爍、漸變交替、追逐、掃描等流動顏色變化。護欄燈特別適合應用于廣告牌背景、立交橋、河、湖護欄、建筑物輪廓等大型動感光帶之中，可產生彩虹般絢麗的效果。
本文主要介紹基于16路恒流LED驅動芯片的護欄燈解決方案。該方案主要由以下幾部分組成：（1）以STC11F02單片機為主的主控電路，其主要功能是產生SPI控制信號；（2）以LN0134為核心的LED驅動電路，其主要功能利用它的16通道恒流來帶載LED；（3）電源輸入電壓轉換電路、供給LED電源電路，其主要是完成對電路保護、芯片供電、LED燈供電等功能。
主要芯片功能簡介
LN0134是南麟電子開發的一款16路恒流LED驅動芯片，該芯片內建了16位CMOS移位寄存器和輸出鎖存器，可以將輸入的串行數據轉化成并行輸出格式，從而控制16個輸出電流源，在每個輸出端可以不受負載影響提供3～45mA的恒定并且一致的電流用以驅動LED。通過調整外接電阻的大小可調整輸出電流，從而輕松控制 LED的發光亮度，也可以通過在使能端(OE)輸入PWM信號來調整所有LED的平均電流。同時它還支持SPI通信協議，使得我們很容易控制通信的數據，因此它成為驅動LED的最佳IC之一。
STC11F02單片機內部嵌有2K的FLASH程序存儲空間和256B的SRAM存儲區；該芯片擁有先進的指令集結構，兼容普通的8051指令集，具有硬件乘法和除法指令，而且無需編程器和仿真器，可以遠程升級。本方案利用其高速、低成本、精簡的I/O口的優勢，模擬出SPI協議實現對其他IC的通信控制。
護欄燈設計方案
1) 硬件電路設計與原理
該方案的基本原理是：單片機模擬SPI協議，通過發送數據到LN0134驅動芯片內，由LN0134內部硬件電路實現數據的串入并出，驅動16×3顆LED，然后通過改變數據來控制LED燈的變化，實現不同的LED燈的組合，如：流水燈、對閃爍、跳變、呼吸等效果。該方案原理框圖如圖1所示。本方案電路是在硬件環境PADS下完成的，為了節約成本，所生成的PCB文件也都是單面板。
圖1 基于LN0134的護欄燈方案原理框圖。
2) MCU控制信號電路
圖2是MCU控制電路圖。由主控芯片產生的控制信號有：（1）SPI控制信號，包括：OE、SDIO、SCLK、LE四個端口；（2）LED電源使能信號，包括：CONTROL1、CONTROL2兩個端口。
圖2 MCU控制電路圖
3) LN0134應用電路
LN0134應用電路如圖3所示。LED驅動芯片接收單片機發送的SPI信號，不同的SDIO數據，會得到不同的OUT0至OUT15的數據，從而驅動LED產生不同的變化效果。LN0134芯片支持多芯片級聯，通過數據口SDO端，連接下一個芯片的SDI端口，以此類推。長距離的護欄燈方案設計，只需要將一個個小單元級聯起來就能完成。設置R30的阻值可改變輸出電流值，從而省去了多路限流的麻煩。
圖3 LN0134應用電路圖
4) 電源供給電路
電源供給電路如圖4所示。本電路支持12V至15V的輸入電壓，經過整流橋可避免正負極的接反。經過IC1可得到5V的供電電壓，為單片機和LN0134芯片提供了電源；經過IC2~IC6可完成對LED燈組的供電，并由單片機提供的CONTROL1和CONTROL2口來控制POVER1和POVER2供電的關和開。
圖4 供電電路圖
5) 軟件設計
軟件設計是整個方案的經脈，它直接決定了整個方案的運行質量和效率，同時是體現出方案的功能及可靠性。STC11F02芯片的片內程序是在軟件開發環境Keil uVision2下進行編寫的，該程序的重點在于模擬SPI通信協議，理論設計的時序波形如圖5所示。軟件代碼由C語言實現，通過示波器觀測到單片機模擬出來的SPI波形如圖6所示。其中Tek1為SDI；TeK2為CLK；TeK3為LE；TeK4為OE，滿足設計要求。
圖5 SPI時序圖。
圖6 SPI波形
主程序的流程圖如圖7所示。首先將SPI模擬程序模塊化，主要是為了方便調用；在整個流程中改變最多的是緩沖器內的數據，數據改變，相應的顯示效果就會變化；連續的數據變化產生了不同的點燈，這也就展現了護欄燈多彩耀眼的特色。
圖7 主程序流程圖
本文小結
本護欄燈設計方案是1米長的單元模塊，更長的護欄距離需要將這些小單元級聯起來，提高控制信號的驅動能力即可。選取16通道的LN0134芯片是為了提高LED燈的數量，依照芯片的性能參數，改變電源的供給電路可更好地擴展應用電路，驅動更多LED燈。選取STC11F02芯片是為了節約成本，簡化主控單元。本方案總體設計遵循了可靠、簡單、實用的原則，為更多的護欄效果提供了借鑒和幫助。 |
