專利名稱：非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無須尋址的用于照明和顯示目的的通信和控制裝置，尤其是指一種用于半導(dǎo)體LED的2線制通信和控制的照明裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)已公知的用于半導(dǎo)體LED照明的2線制控制系統(tǒng)，按其技術(shù)特征的不同，通常可分成下述幾類1.采用以RS485為物理總線和以DMX512(美國影視劇場技術(shù)協(xié)會USITT1990)為通信協(xié)議的DMX控制系統(tǒng)；2.采用以各種現(xiàn)場物理總線和現(xiàn)場通信協(xié)議為主(如Lonworks-Bus、EIB-Bus等)的控制系統(tǒng)；3.采用基于TCP/IP協(xié)議的“先進(jìn)控制網(wǎng)絡(luò)”ACN(AdvancedControl Network)或“以太網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”Art-net為特征的照明控制系統(tǒng)。
與上述技術(shù)特征相關(guān)的專利文獻(xiàn)和公知文獻(xiàn)有(1)星衍股份有限公司的“線上光電定址設(shè)定方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置”(中國專利公開號CN1487416，公告日2004年04月07日)。
(2)上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司的“一種現(xiàn)場總線通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器”(中國專利公開號CN2705827，
公開日2005年6月22日)。
(3)ESTA′s Advanced Control Network(ACN)Protocol SuiteTechnical Overview(4)Artistic Licence’s Specification for the Art-NetEthernet Communication Standard。
上述已公知技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制能力強(qiáng)，控制節(jié)點(diǎn)多，總線或網(wǎng)絡(luò)可伸縮、可擴(kuò)展，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)等。
但是，上述公知技術(shù)，都有一個共同的特征，即無論是哪類控制系統(tǒng)，通常都屬于尋址型的系統(tǒng)方案；具體而言，主控制器對每個智能節(jié)點(diǎn)的訪問和控制，都是以對該智能節(jié)點(diǎn)的地址進(jìn)行尋址訪問為特征的，由此所帶來的問題和不足是a)由于尋址操作操作往往需要一定的時間或幀時延，因此在操作上會對系統(tǒng)的實(shí)時性能帶來不利影響，因而造成系統(tǒng)的實(shí)時性能略有下降；b)由于尋址操作會導(dǎo)致系統(tǒng)或每個智能節(jié)點(diǎn)帶來一定的附加成本，因此勢必造成系統(tǒng)性能/價格比也相應(yīng)下降；c)由于尋址操作的方式?jīng)Q定了在工程上，必須嚴(yán)格按照每個智能節(jié)點(diǎn)的特定地址，并按照節(jié)點(diǎn)地址的分布要求，分別安裝在對應(yīng)的位置，這對工程安裝提出了非常嚴(yán)格的要求各節(jié)點(diǎn)的地址不允許錯裝、漏裝，更不允許隨機(jī)安裝；因此，安裝成本高、施工難度較大，同時又費(fèi)工時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，旨在提供一種經(jīng)濟(jì)的、簡約型的2線制通信控制方案，以克服現(xiàn)有系統(tǒng)成本高、安裝難度大、施工周期長等不足。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的至少一個含有第一光譜輸出的的第一LED照明單元；——至少一個與所述第一LED照明單元作電氣連接的嵌入式智能節(jié)點(diǎn)控制單元；——所述的智能節(jié)點(diǎn)控制單元的內(nèi)部還進(jìn)一步配置有至少一個用于接收來自外部數(shù)據(jù)通道的第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)的第一接口單元；至少一個用于經(jīng)下一級外部數(shù)據(jù)通道發(fā)送第三數(shù)據(jù)和第四數(shù)據(jù)的第二接口單元；至少一個將所述第一接口單元、第二接口單元作電氣連接的微控制器單元；所述的至少一個微控制器單元進(jìn)一步還包括采用兩入兩出為特征的串行物理總線和串型數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議；——至少一個接收來自外部電力的電源單元，分別經(jīng)電源供給線向所述第一LED照明單元、所述智能節(jié)點(diǎn)控制單元進(jìn)行供電。
本發(fā)明的功效在于，本發(fā)明提供一種無須尋址并可隨意安裝智能節(jié)點(diǎn)的2線制通信控制方案，適宜應(yīng)用在LED照明或LED景觀照明的場合，如LED建筑模型照明、LED交通動線圖照明、LED裝飾照明、LED景觀燈的2線制的組合照明等，不僅簡化了工程布線的繁雜度和施工量，而且具備中距離傳輸、點(diǎn)對點(diǎn)控制、安裝簡便、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了系統(tǒng)的性能/價格比。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的尋址型2線制通信及控制裝置圖2為本發(fā)明的原理方框3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)4為本發(fā)明多個智能節(jié)點(diǎn)組合實(shí)施例的原理方框5為本發(fā)明實(shí)施例的軟件流程圖(發(fā)送單元)圖6為本發(fā)明實(shí)施例的軟件流程圖(接收單元)具體實(shí)施方式
請參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的尋址型2線制通信及控制方案。
請參閱圖2，圖2為本發(fā)明原理方框圖，本發(fā)明由智能節(jié)點(diǎn)控制單元10和通過控制線1201與智能節(jié)點(diǎn)控制單元10連接的LED照明單元100及分別經(jīng)連接線1401、1402向LED照明單元100和智能節(jié)點(diǎn)控制單元10提供工作電源的電源單元140，該電源單元140通過連接線1400輸入電源能量，該輸入電源是交流電源或是直流電源中的一種，電源單元140具有將輸入的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源或?qū)⑤斎氲闹绷麟娫崔D(zhuǎn)換為所需要的工作直流電壓的能力。
在本發(fā)明中，智能節(jié)點(diǎn)控制單元10的內(nèi)部還進(jìn)一步配置有用于接受來自外部數(shù)據(jù)通道1301、1302的第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)的第一接口單元110；用于向經(jīng)外部數(shù)據(jù)通道1301、1302發(fā)送第三數(shù)據(jù)和第四數(shù)據(jù)的第二接口單元130；以及將第一接口單元110和第二接口單元130作電氣連接的嵌入式微控制器單元120，所述的嵌入式微控制器單元120還進(jìn)一步步內(nèi)置有片內(nèi)存儲器，用以儲存內(nèi)部程序和外部數(shù)據(jù)；嵌入式微控制器單元120可以選用具備串行通信口的嵌入式微處理器，即使不具備串行通信口，也可以通過普通微處理器的I/O口來模擬串行通信口。
本發(fā)明不同于其他技術(shù)方案的另一特點(diǎn)是，所述的第一接口單元110是由兩條數(shù)據(jù)輸入線組成，所述的第二接口單元130是由兩條數(shù)據(jù)輸出線組成，這一“兩入兩出”為特征的物理總線，用以接收或發(fā)送本發(fā)明所特有的串行數(shù)據(jù)的幀格式協(xié)議。
本發(fā)明中，所謂“兩入兩出”為特征的物理總線，其含義是，第一接口單元110中的一條輸入數(shù)據(jù)線1101作為“數(shù)據(jù)接收”(DATA-RX)的功能線，另一條輸入數(shù)據(jù)線1102作為“同步播放”數(shù)據(jù)接收線(SYN-RX)；第二接口單元130中的一條輸出數(shù)據(jù)線1301作為“數(shù)據(jù)輸出”(DATA-TX)，另一條輸出數(shù)據(jù)線1302作為“同步播放”數(shù)據(jù)輸出線(SYN-TX)；上述數(shù)據(jù)輸入、輸出線在端口的物理電平上，均滿足兼容TTL或CMOS的電平值。
在本發(fā)明中，也可以采用將第一接口單元110和第二接口單元130分別與外界隔離的方案，如分別采用快速光電耦合器，以避免在長線傳輸?shù)臅r候，由于傳輸線上積累高壓和感應(yīng)信號，使得數(shù)據(jù)紊亂甚至損壞數(shù)據(jù)端口?？紤]到該措施為一般專業(yè)人員所熟悉，因此，在此將不再附圖來描述。
嵌入式微控制器單元120在接收到來自第一接口單元110的“數(shù)據(jù)接收”(DATA-RX)信號時，該接收方式更具體地說是符合異步串行通信的方式，即逐位、逐字、逐幀地移位進(jìn)行，然后再通過第二接口單元130的“數(shù)據(jù)發(fā)送”(DATA-TX)信號，同樣也是逐位、逐字、逐幀地移位發(fā)送，一直到整個系統(tǒng)內(nèi)的智能節(jié)點(diǎn)單元全部完成接受和發(fā)送，此時，留下的數(shù)據(jù)就是該智能節(jié)點(diǎn)單元所應(yīng)等到的數(shù)據(jù)，此時，等待接收來自上位控制器(圖中未畫出)的“同步播放”(SYN-TX)信號，一旦接收到“同步播放”(SYN-TX)后，則立即啟動執(zhí)行播放程序，如變色、調(diào)光、閃光、通/斷等，在本發(fā)明中，該接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、執(zhí)行播放的操作均按照上位控制器(圖中未畫出)的命令反復(fù)進(jìn)行，以致得到變換無窮的彩色組合、輝度組合、圖案組合燈豐富場景。
通過控制線1201與智能節(jié)點(diǎn)控制單元10連接的LED照明單元100，是由一個含有第一光譜輸出的半導(dǎo)體LED器件的組成的照明單元，其用途可以是單色應(yīng)用如普通照明；當(dāng)LED照明單元100，由多個含有第一光譜輸出、第二光譜輸出、第三光譜輸出的半導(dǎo)體LED器件組成時，更具體地說，如第一光譜由紅色LED組成、第二光譜由綠色LED組成、第三光譜由藍(lán)色LED組成時，當(dāng)智能節(jié)點(diǎn)控制單元10分別對LED照明單元100的紅、綠、藍(lán)三基色進(jìn)行諸如通/斷控制，甚至按步級進(jìn)行調(diào)光控制的話，同時通過一定的混色處理后，如在紅色、綠色、藍(lán)色LED器件出光面，提供用于光輻射路徑的二次光學(xué)裝置，當(dāng)然，該二次光學(xué)裝置既可以是整體結(jié)構(gòu)(如由一塊菲涅耳非球面透鏡組成)，也可以是相對于每個或每組LED來說，是獨(dú)立結(jié)構(gòu)的光學(xué)裝置(如在每個LED或每組LED單元分別安裝有獨(dú)立光學(xué)透鏡)；利用本發(fā)明的上述方案，則可以得到非常豐富的色彩變化，是應(yīng)用于景觀照明的良好技術(shù)平臺。
請參閱圖3，圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)幀的幀格式，經(jīng)“數(shù)據(jù)接收”(DATA-RX)和“數(shù)據(jù)發(fā)送”(DATA-TX)的數(shù)據(jù)幀格式為起始信號、數(shù)據(jù)控制字、控制數(shù)據(jù)、校驗(yàn)字等內(nèi)容；而“同步播放”(SYN-TX)信號將在“同步播放”(SYN-TX)數(shù)據(jù)線上得到。
請參閱圖4，圖4為本發(fā)明的智能節(jié)點(diǎn)組合工作的優(yōu)選實(shí)施例，智能節(jié)點(diǎn)控制單元10，其數(shù)據(jù)通信線采用首尾相接的串行級聯(lián)方案，來自上位控制器(圖中未畫出)的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)智能節(jié)點(diǎn)控制單元10-1逐級串行移位傳送到智能節(jié)點(diǎn)控制單元10-2，并直至傳送到最后一個智能節(jié)點(diǎn)控制單元10-N，因上位控制器(圖中未畫出)按在線智能節(jié)點(diǎn)控制單元的數(shù)量編寫控制程序，譬如在線節(jié)點(diǎn)合計30個，則上位控制器(圖中未畫出)將發(fā)送30個節(jié)點(diǎn)的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)各級智能節(jié)點(diǎn)控制單元10移位傳送后，在線的每個智能節(jié)點(diǎn)控制單元10都將得到自身的控制數(shù)據(jù)；在線節(jié)點(diǎn)數(shù)量如果在不變的條件下，即使需要更換節(jié)點(diǎn)時，也無須關(guān)心該節(jié)點(diǎn)是否事先需要設(shè)定地址，而是隨機(jī)安裝更換即可，極大地簡化了施工量并杜絕了人為差錯的發(fā)生。
請參閱圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例的軟件流程圖(發(fā)送部)，由上位控制器按本發(fā)明圖4所示的幀格式，在發(fā)送完起始信號后，將先發(fā)送數(shù)據(jù)“長度控制字”，用以表示后序數(shù)據(jù)的長度，供下級智能節(jié)點(diǎn)控制單元10作為傳送數(shù)據(jù)的判斷依據(jù)，并經(jīng)過足夠延時后，如30個節(jié)點(diǎn)的控制數(shù)據(jù)幀需傳送10ms后，再發(fā)送“播放同步”控制字，同時按數(shù)據(jù)“長度控制字”的值，判斷是否發(fā)送完畢，若未完則繼續(xù)循環(huán)發(fā)送，若發(fā)送完畢則返回。
請參閱圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例的軟件流程圖(接收部)，當(dāng)在線的某智能節(jié)點(diǎn)控制單元10，接收到來自上位控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式后，首先將當(dāng)前數(shù)據(jù)“長度控制字”減1，作為向下一級節(jié)點(diǎn)單元傳送的新的控制字長度，然后移位傳送控制字和控制數(shù)據(jù)，在發(fā)送完當(dāng)前控制字和控制數(shù)據(jù)后，一旦接收到播放控制字后，則立即執(zhí)行播放程序，然后繼續(xù)接收新的數(shù)據(jù)幀直至數(shù)據(jù)接收完畢。
上述公開的技術(shù)方案在結(jié)構(gòu)上的變更和修改，對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說是顯而易見的，可以理解上述實(shí)施例僅僅是為了闡明本實(shí)用新型的目的，而并非理解成對本實(shí)用新型的限定。因此，在沒有超出本實(shí)用新型精神的任何修改都將包括在附加的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
上述公開的技術(shù)方案在結(jié)構(gòu)上的變更和修改，對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說是顯而易見的，可以理解上述實(shí)施例僅僅是為了闡明本發(fā)明的目的，而并非理解成對本發(fā)明的限定。因此，在沒有超出本實(shí)用新型精神的任何修改都將包括在附加的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，其特征在于，包括——至少一個含有第一光譜輸出的的第一LED照明單元(100)；——至少一個與所述第一LED照明單元(100)作電氣連接的嵌入式智能節(jié)點(diǎn)控制單元(10)；——所述的智能節(jié)點(diǎn)控制單元(10)的內(nèi)部還進(jìn)一步配置有至少一個用于接收來自外部數(shù)據(jù)通道(1101)、(1102)的第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)的第一接口單元(110)；至少一個用于經(jīng)下一級外部數(shù)據(jù)通道(1301)、(1302)發(fā)送第三數(shù)據(jù)和第四數(shù)據(jù)的第二接口單元(130)；至少一個將所述第一接口單元(110)、第二接口單元(130)作電氣連接的微控制器單元(120)；所述的至少一個微控制器單元(120)進(jìn)一步還包括采用兩入兩出為特征的串行物理總線和串型數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議；——至少一個接收來自外部電力(1400)的電源單元(140)，分別經(jīng)電源供給線(1401)、(1402)向所述第一LED照明單元(100)、所述智能節(jié)點(diǎn)控制單元(10)進(jìn)行供電。
2.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的第一LED照明單元(100)還進(jìn)一步包括至少含有一個第二光譜輸出的第二LED照明單元或/和至少含有一個第三光譜輸出的第三LED照明單元；所述的第一、第二、第三LED照明單元，分別具有以不同色彩的光譜輸出的LED發(fā)光二極管組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的至少一個第一LED照明單元、所述的至少一個第二LED照明單元、所述的至少一個第三LED照明單元，分別含有至少一個紅色LED、至少一個綠色LED、至少一個藍(lán)色LED。
4.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的第一接口單元(110)的第一數(shù)據(jù)端口，是通用異步串行輸入端口；所述的第一接口單元(110)的第二數(shù)據(jù)端口，是兼容TTL/CMOS電平格式的同步SYN輸入控制端口。
5.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的第二接口單元(130)的第三數(shù)據(jù)端口，是通用異步串行輸出端口；所述的第二接口單元(130)的第四數(shù)據(jù)端口，是兼容TTL/CMOS電平格式的同步SYN輸出控制端口。
6.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的至少一個微控制器單元(120)內(nèi)置有片內(nèi)存儲器，用以存儲內(nèi)部程序及外部數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的至少一個微控制器單元(120)，其中，所述的串行數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議，包括起始信號或/和數(shù)據(jù)控制字或/和控制數(shù)據(jù)或/和播放同步字或/和校驗(yàn)字等信息。
8.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的至少一個微控制器單元(120)，是以逐位或逐字節(jié)或逐幀地接收上位智能節(jié)點(diǎn)的移位數(shù)據(jù)，同時再向下級智能節(jié)點(diǎn)逐位或逐字節(jié)或逐幀地移位發(fā)送，進(jìn)行異步通信的。
9.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的至少一個微控制器單元(120)，具有驅(qū)動LED的PWM控制輸出或/和通、斷控制輸出或/和閃光控制輸出的能力。
10.如權(quán)利要求1所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，所述的至少一個電源單元(140)，其電源的輸入，是交流輸入或直流輸入中的一種，其輸出部分至少滿足向所述的微控制器單元(120)、所述的第一LED照明單元(100)及后級智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相適宜的供電。
11.如權(quán)利要求1或2所述的非尋址型嵌入式2線制通信及控制裝置，配置含有為所述的至少一個第一光譜輸出的第一LED照明單元、至少一個第二光譜輸出的第二LED照明單元、至少一個第三光譜輸出的第三LED照明單元，提供光輻射路徑的二次光學(xué)裝置，所述的二次光學(xué)裝置對所述的LED照明單元內(nèi)的各別LED而言，是獨(dú)立結(jié)構(gòu)或/和整體結(jié)構(gòu)方式。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種無須尋址并可隨意安裝智能節(jié)點(diǎn)的2線制通信控制方案，適宜應(yīng)用在LED照明或LED景觀照明的場合，如LED建筑模型照明、LED交通動線圖照明、LED裝飾照明、LED景觀燈的2線制的組合照明等，不僅簡化了工程布線的繁雜度和施工量，而且具備中距離傳輸、點(diǎn)對點(diǎn)控制、安裝簡便、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了系統(tǒng)的性能/價格比。
文檔編號H05B37/02GK1787707SQ20051003048
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者申鳴, 常星輝 申請人:上海國皓電子有限公司