單片機(jī)霓虹燈設(shè)計(jì)

【摘　要】　介紹了基于EM78P447SB單片機(jī)、自制光電耦合器制作的低成本高性能霓虹燈控制器的線路、工作原理、編程方法和使用經(jīng)驗(yàn)。該控制器具有相當(dāng)高的性價(jià)比。

1　引　言

霓虹燈控制器屬于定制產(chǎn)品，很難工廠化批量生產(chǎn)。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，該產(chǎn)品的高利潤(rùn)時(shí)代已經(jīng)結(jié)束，市場(chǎng)迫切需要低成本高性能的霓虹燈控制器制造技術(shù)。臺(tái)灣義隆電子公司生產(chǎn)的EM78P447SB單片機(jī)是一次寫錄的芯片，內(nèi)部有4K的ROM，振蕩脈沖外圍線路僅是一個(gè)電阻和一個(gè)電容，有三個(gè)口24位輸出控制，性價(jià)比相當(dāng)高，非常適合制作霓虹燈程序控制器。但用單片機(jī)制作的霓虹燈程序控制器一般都需要光電耦合器實(shí)現(xiàn)高低壓隔離，防止程序跑飛死機(jī)。市場(chǎng)上光電耦合器價(jià)格一般都比較高。為了降低成本，在保證高低壓隔離能力沒有降低的前提下，本設(shè)計(jì)采用自制的光電耦合器。同時(shí)，為進(jìn)一步降低成本，該霓虹燈控制器的花樣變化速度調(diào)節(jié)及全亮維修功能均采用不增加硬件成本的方法，這樣，進(jìn)一步提高了性價(jià)比。

霓虹燈是一種冷陰極輝光放電管，其幅射光譜具有極強(qiáng)的穿透大氣的能力，色彩鮮艷絢麗、多姿，發(fā)光效率明顯優(yōu)于普通的白 熾燈，它的線條結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力豐富，可以加工彎制成任何幾何形狀，滿足設(shè)計(jì)要求，通過電子程序控制，可變幻色彩的圖案和文字 受到人們的歡迎。

霓虹燈的亮、美、動(dòng)特點(diǎn)，是目前任何電光源所不能替代的，在各類新型光源不斷涌現(xiàn)和競(jìng)爭(zhēng)中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。由于霓虹燈是冷陰極輝光放電，因此一支質(zhì)量合格的霓虹燈其壽命可達(dá)20000--30000小時(shí)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，霓虹燈的品種、規(guī)格也已基本系列化，可供各種用途的選擇，其質(zhì)量已逐步向國(guó)際水平靠攏，隨著 我國(guó)加入WTO與國(guó)際水平的差距將越來越小，在不久的將來必將趕超國(guó)際先進(jìn)水平，但在目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的條件下，也確有少數(shù)廠商 缺乏誠(chéng)信，在一些用戶不懂霓虹燈的性能、質(zhì)量的情況下，生產(chǎn)、制作低劣產(chǎn)品在市場(chǎng)上低價(jià)傾銷，影響霓虹燈的聲譽(yù)。 為了使大用戶熟悉霓虹燈，了解霓虹燈，我們?cè)诖撕?jiǎn)要介紹一些霓虹燈的品種、規(guī)格以及制作霓虹燈的主要器材，以幫助用戶識(shí)別 “霓虹燈”的優(yōu)劣。

霓虹燈的主要部件:

1、霓虹燈管：

（1）以規(guī)格分：有6、7、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗細(xì)。

（2）以玻璃材質(zhì)分：

①鈉玻璃管（或稱石灰料玻璃管）這種玻璃管穩(wěn)定性差，受潮后極易變質(zhì)、泛堿（風(fēng)化），牢度差易爆裂。目前在我國(guó)使用此種材料的約占80%左右。

②鉛玻璃管（又稱紅丹料玻璃管）其熱性能、機(jī)械性能、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、真空性能和光學(xué)性能優(yōu)于鈉玻璃，其耐候性、使用壽命大大超過鈉玻璃，目前國(guó)際上通用大都是這種鉛玻璃管，我國(guó)目前使用量已達(dá)20－30%左右，凡是追求質(zhì)量好的制作廠家，用戶都選用鉛管制作霓虹燈。鉛玻璃又以含鉛量多少分為：重鉛玻璃、中鉛玻璃和輕鉛玻璃。

③ 彩色玻璃管，這種玻璃管，在拉制玻璃管時(shí)已充入染料，生產(chǎn)出的玻璃管已呈彩色玻璃管。

（3）以霓虹燈管內(nèi)涂熒光粉材料分：

①目前使用的多數(shù)霓虹燈管噴涂的是“普通熒光粉”，這種粉價(jià)格比較便宜，一般也能滿足各種色彩的要求。

②“三基色”熒光粉，（也稱稀土熒光粉）與普通熒光粉比較，其亮度、色度、鮮度更佳。

（4）噴涂熒光粉的工藝又分水涂和膠涂二種。

①水涂即用醇，酮溶濟(jì)混合熒光粉噴涂在燈管內(nèi)壁，讓其自然干燥。 ②膠涂即用膠液混合熒光粉噴涂，再用烘箱烘干，其粘度、牢度大大優(yōu)于水涂粉管。 目前先進(jìn)國(guó)家大都有采用三基色膠涂含鉛玻璃管制作霓虹燈，我國(guó)目前已有部分廠商使用這種霓虹燈管。

2、霓虹燈變壓器

（1）霓虹燈漏磁變壓器，（又稱電感變壓器、鐵芯變壓器）其特點(diǎn)是：可靠性好，負(fù)載燈管亮度高，光色一致，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是比較 笨重，目前國(guó)外及上海的戶外霓虹燈大多數(shù)采用這種變壓器。 電感變壓器的規(guī)格有：3KV、6KV、9KV、12KV、15KV、18KV。

（2）電子變壓器（也稱高頻冷啟動(dòng)管形放電燈（霓虹燈）電子轉(zhuǎn)換器或霓虹燈電源）其優(yōu)點(diǎn)是：重量輕、制造方便、節(jié)約金屬材料，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電子變壓器質(zhì)量穩(wěn)定，有一定規(guī)模，其中有的企業(yè)還批量出口。但有不少單位生產(chǎn)的電子變壓器亮度達(dá)不到應(yīng)有亮度，在 室外使用就有點(diǎn)相形見拙。 電子變壓器又分直流和交流二種，直流電子變壓器由于單向?qū)ㄍ鶗?huì)產(chǎn)生燈管一頭亮一頭暗的情況。又因電子變壓器輸出頻率會(huì)受到 負(fù)載燈管長(zhǎng)度的影響，在同幅霓虹燈中，由于每筆燈管長(zhǎng)短不一也會(huì)產(chǎn)生燈色不勻等現(xiàn)象。有些生產(chǎn)廠家為了降低成本，不愿采用高質(zhì) 量高 品質(zhì)的電器元件，而且加工工藝簡(jiǎn)陋，故可靠性差，壽命短。 電子變壓器的規(guī)格有：40W、60W、80W、100W等規(guī)格，也有稱4米機(jī)、6米機(jī)、8米機(jī)、10米機(jī)、12米機(jī)等。 要真正生產(chǎn)符合霓虹燈使用要求的電子變壓器也是可以做到的，但其價(jià)格就會(huì)接近電感變壓器的價(jià)格，為了低價(jià)競(jìng)銷，獲取市場(chǎng)份額， 一些廠商犧牲霓虹燈的亮度、可靠性、壽命來獲得市場(chǎng)利潤(rùn)。

3、程序控制器分：

（1）普通式電子程序控制器：

（2）漸變式電子程序控制器：

4、霓虹燈高壓線分：

（1）普通高壓線，即塑料高壓線，這種高壓線價(jià)格便宜，但塑料容易老化，室外使用不久塑料就要老化引起拉火等，安全性較差。

（2）硅橡膠絕緣高壓線，是目前較理想的霓虹燈連接線，安全性強(qiáng)，可靠性好。

以上介紹的是組成霓虹燈的主要另部件，從上可以知道，霓虹燈與其他商品一樣，品種、規(guī)格、質(zhì)量?jī)?yōu)劣區(qū)別很大。 用戶在選擇霓虹燈制作單位時(shí)，也要了解他們的制作實(shí)力，加工工藝和售后服務(wù)是否到位，凡是較大的霓虹燈工程，都應(yīng)要制作單位 詳細(xì)報(bào)價(jià)，進(jìn)行核實(shí)，如有條件，應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，不要只看總價(jià)便宜，更要看他們提供給用戶的是什么樣的質(zhì)量和服務(wù)。 霓虹燈是一種冷陰極輝光放電管，其幅射光譜具有極強(qiáng)的穿透大氣的能力，色彩鮮艷絢麗、多姿，發(fā)光效率明顯優(yōu)于普通的白 熾燈，它的線條結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力豐富，可以加工彎制成任何幾何形狀，滿足設(shè)計(jì)要求，通過電子程序控制，可變幻色彩的圖案和文字 受到人們的歡迎。虹燈的亮、美、動(dòng)特點(diǎn)，是目前任何電光源所不能替代的，在各類新型光源不斷涌現(xiàn)和競(jìng)爭(zhēng)中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。由于霓虹燈是冷陰極輝光放電，因此一支質(zhì)量合格的霓虹燈其壽命可達(dá)20000--30000小時(shí)。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，霓虹燈的品種、規(guī)格也已基本系列化，可供各種用途的選擇，其質(zhì)量已逐步向國(guó)際水平靠攏，隨著 我國(guó)加入WTO與國(guó)際水平的差距將越來越小，在不久的將來必將趕超國(guó)際先進(jìn)水平，但在目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的條件下，也確有少數(shù)廠商 缺乏誠(chéng)信，在一些用戶不懂霓虹燈的性能、質(zhì)量的情況下，生產(chǎn)、制作低劣產(chǎn)品在市場(chǎng)上低價(jià)傾銷，影響霓虹燈的聲譽(yù)。 為了使大用戶熟

悉霓虹燈，了解霓虹燈，我們?cè)诖撕?jiǎn)要介紹一些霓虹燈的品種、規(guī)格以及制作霓虹燈的主要器材，以幫助用戶識(shí)別 “霓虹燈”的優(yōu)劣。

霓虹燈的主要部件:

1、霓虹燈管：

（1）以規(guī)格分：有6、7、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗細(xì)。

（2）以玻璃材質(zhì)分：

①鈉玻璃管（或稱石灰料玻璃管）這種玻璃管穩(wěn)定性差，受潮后極易變質(zhì)、泛堿（風(fēng)化），牢度差易爆裂。目前在我國(guó)使用此種材料的約占80%左右。

②鉛玻璃管（又稱紅丹料玻璃管）其熱性能、機(jī)械性能、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、真空性能和光學(xué)性能優(yōu)于鈉玻璃，其耐候性、使 用壽命大大超過鈉玻璃，目前國(guó)際上通用大都是這種鉛玻璃管，我國(guó)目前使用量已達(dá)20－30%左右，凡是追求質(zhì)量好的制作廠家， 用戶都選用鉛管制作霓虹燈。鉛玻璃又以含鉛量多少分為：重鉛玻璃、中鉛玻璃和輕鉛玻璃。

③ 彩色玻璃管，這種玻璃管，在拉制玻璃管時(shí)已充入染料，生產(chǎn)出的玻璃管已呈彩色玻璃管。

（3）以霓虹燈管內(nèi)涂熒光粉材料分：

①目前使用的多數(shù)霓虹燈管噴涂的是“普通熒光粉”，這種粉價(jià)格比較便宜，一般也能滿足各種色彩的要求。

②“三基色”熒光粉，（也稱稀土熒光粉）與普通熒光粉比較，其亮度、色度、鮮度更佳。

（4）噴涂熒光粉的工藝又分水涂和膠涂二種。

①水涂即用醇，酮溶濟(jì)混合熒光粉噴涂在燈管內(nèi)壁，讓其自然干燥。 ②膠涂即用膠液混合熒光粉噴涂，再用烘箱烘干，其粘度、牢度大大優(yōu)于水涂粉管。 目前先進(jìn)國(guó)家大都有采用三基色膠涂含鉛玻璃管制作霓虹燈，我國(guó)目前已有部分廠商使用這種霓虹燈管。

2、霓虹燈變壓器

（1）霓虹燈漏磁變壓器，（又稱電感變壓器、鐵芯變壓器）其特點(diǎn)是：可靠性好，負(fù)載燈管亮度高，光色一致，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是比較笨重，目前國(guó)外及上海的戶外霓虹燈大多數(shù)采用這種變壓器。 電感變壓器的規(guī)格有：3KV、6KV、9KV、12KV、15KV、18KV。

（2）電子變壓器（也稱高頻冷啟動(dòng)管形放電燈（霓虹燈）電子轉(zhuǎn)換器或霓虹燈電源）其優(yōu)點(diǎn)是：重量輕、制造方便、節(jié)約金屬材料，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電子變壓器質(zhì)量穩(wěn)定，有一定規(guī)模，其中有的企業(yè)還批量出口。但有不少單位生產(chǎn)的電子變壓器亮度達(dá)不到應(yīng)有亮度，在室外使用就有點(diǎn)相形見拙。 電子變壓器又分直流和交流二種，直流電子變壓器由于單向?qū)ㄍ鶗?huì)產(chǎn)生燈管一頭亮一頭暗的情況。又因電子變壓器輸出頻率會(huì)受到 負(fù)載燈管長(zhǎng)度的影響，在同幅霓虹燈中，由于每筆燈管長(zhǎng)短不一也會(huì)產(chǎn)生燈色不勻等現(xiàn)象。有些生產(chǎn)廠家為了降低成本，不愿采用高質(zhì) 量高 品質(zhì)的電器元件，而且加工工藝簡(jiǎn)陋，故可靠性差，壽命短。 電子變壓器的規(guī)格有：40W、60W、80W、100W等規(guī)格，也有稱4米機(jī)、6米機(jī)、8米機(jī)、10米機(jī)、12米機(jī)等。 要真正生產(chǎn)符合霓虹燈使用要求的電子變壓器也是可以做到的，但其價(jià)格就會(huì)接近電感變壓器的價(jià)格，為了低價(jià)競(jìng)銷，獲取市場(chǎng)份額， 一些廠商犧牲霓虹燈的亮度、可靠性、壽命來獲得市場(chǎng)利潤(rùn)。

3、程序控制器分：

（1）普通式電子程序控制器：

（2）漸變式電子程序控制器：

4、霓虹燈高壓線分：

（1）普通高壓線，即塑料高壓線，這種高壓線價(jià)格便宜，但塑料容易老化，室外使用不久塑料就要老化引起拉火等，安全性較差。

（2）硅橡膠絕緣高壓線，是目前較理想的霓虹燈連接線，安全性強(qiáng)，可靠性好。以上介紹的是組成霓虹燈的主要另部件，從上可以知道，霓虹燈與其他商品一樣，品種、規(guī)格、質(zhì)量?jī)?yōu)劣區(qū)別很大。 用戶在選擇霓虹燈制作單位時(shí)，也要了解他們的制作實(shí)力，加工工藝和售后服務(wù)是否到位，凡是較大的霓虹燈工程，都應(yīng)要制作單位 詳細(xì)報(bào)價(jià)，進(jìn)行核實(shí)，如有條件，應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，不要只看總價(jià)便宜，更要看他們提供給用戶的是什么樣的質(zhì)量和服務(wù)。

2　電路及工作原理

為降低成本，該控制器硬件線路相當(dāng)簡(jiǎn)單。電原理圖如圖1所示。

圖1中，B是9V1A電源變壓器，D1、D2是IN4007整流二極管，IC1用的是LM7805，構(gòu)成典型的＋5V1A直流穩(wěn)壓電源。A是限流保險(xiǎn)絲，VR是470V壓敏電阻，保護(hù)SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控硅）。

IC2（EM78P447SB）及R1、C3構(gòu)成典型的EM78P447SB單片機(jī)RC振蕩最小應(yīng)用系統(tǒng)，可以看出，該線路非常簡(jiǎn)單。R1最好用一個(gè)電阻與一個(gè)電位器串聯(lián)使用，P5、P6、P7這三個(gè)口全部設(shè)定為輸出口。

由于該芯片灌電流相當(dāng)大，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，這樣，驅(qū)動(dòng)線路非常簡(jiǎn)單實(shí)用，三個(gè)輸出口直接與自制光電耦合器（發(fā)光二極管LED＋光敏電阻LDR）相連，LDR的阻值隨LED的亮與不亮大幅變化，使得雙向可控硅SCR導(dǎo)通與關(guān)閉，達(dá)到控制霓虹燈變壓器、控制花樣變化的目的。

3　編　程

EM78P447SB單片機(jī)的指令比較簡(jiǎn)潔，僅有58條，采用RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）指令結(jié)構(gòu)，執(zhí)行速度快。霓虹燈編程無非是對(duì)各個(gè)口輸數(shù)，當(dāng)然，輸數(shù)方法有許多種，最簡(jiǎn)單的就是取表送數(shù)。下面是24路霓虹燈控制器取表送數(shù)一個(gè)花樣的例子，其它花樣可以參照此程序編寫。注意，所有的程序必須存檔，以便將來維修時(shí)使用。

4　結(jié)束語(yǔ)

4．1　霓虹燈的速度調(diào)節(jié)與維修功能

霓虹燈控制器花樣變化速度可以用軟件很方便地修改調(diào)節(jié)，但現(xiàn)場(chǎng)操作很困難。一般的霓虹燈控制器均采用電位器調(diào)節(jié)的方法。

在該控制器中，用電位器取代EM78P447SB振蕩電阻，可以很方便地通過控制主頻來調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)花樣變化速度。同時(shí)，當(dāng)電位器阻值相當(dāng)小時(shí)，霓虹燈變化速度非?？?，使其看上去常亮，這樣還可省掉維修常亮按鍵，進(jìn)一步降低了成本。

4．2　光電耦合器的制作

市場(chǎng)上銷售的光電耦合器價(jià)格較高。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，霓虹燈控制器中的光電耦合器完全可以自制。自制的光電耦合器由高亮度的發(fā)光二極管和光敏電阻組成（光敏電阻選用MG－45型），外套深色熱縮套管自加工而成。

4．3　控制器的使用環(huán)境

一般情況下，控制器使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，要認(rèn)真考慮防潮、散熱等因素。同時(shí)，可控硅的參數(shù)選擇相當(dāng)重要，電流指標(biāo)要有3倍以上的余量，計(jì)算電流時(shí)要考慮功率因素，還要考慮加散熱片。

4．4　現(xiàn)場(chǎng)維修

現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)，只要不是控制器中EM78P447SB單片機(jī)集成塊損壞（一般也不易損壞，可控硅及其限流器件損壞的可能性最大），可以把控制器上的EM78P447SB單片機(jī)集成塊從集成塊座上拔下來，插在新帶來的控制器相應(yīng)插座上，換下?lián)p壞的控制器即可，非常方便。