CZ304233B6

CZ304233B6 - General-purpose single chip control device

Info

Publication number: CZ304233B6
Application number: CZ2012-552A
Authority: CZ
Inventors: Dalibor Slovák
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-01-15
Also published as: CZ2012552A3; EP2896276A2; WO2014026659A2; WO2014026659A3

Abstract

In the present invention, there is disclosed a general-purpose single chip control device comprising a microprocessor unit connected to an external timer and provided with a software module for transformation of logical values of a discrete signal to the values of a control voltage continuous signal. The microprocessor input is connected through the mediation of a USB port to at least one source of a MIDI message-based control signal, while the output, optionally outputs of the microprocessor unit are connected to at least one device with states controlled by continuous values of the output electric voltage within the range of 0 to 5.5V in dependence on an input discrete signal logical values. The general-purpose single chip control device according to the present invention is intended for program control of electrically driven machines and devices such as among others lighting fixtures and hardware of visual stage effects.

Description

Obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídicího napětí. Vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy, zatímco na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu. Univerzální jednočipové řídicí zařízení je určeno k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako jsou mimo jiné osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektů.It includes a microprocessor unit connected to an external timer and equipped with a software module to transform the logical values of the discrete signal into the values of the continuous control voltage signal. The input of this microprocessor unit is connected via a USB port to at least one control signal source based on a MIDI message, while the output or output of the microprocessor unit is connected via a USB port. at least one device with states controlled by continuous values of the output electric voltage in the range of 0 to 5.5V is connected to the outputs of the microprocessor unit depending on the logical values of the discrete input signal. The Universal Single Chip Controller is designed to programmatically control electrically powered machines and equipment such as lighting and visual stage effects technology.

Univerzální jednočipové řídicí zařízeníUniversal single-chip control device

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká univerzálního jednočipového řídicího zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako je např. osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektů.The invention relates to a universal single-chip control device for the programmatic control of electrically driven machines and devices, such as, for example, lighting devices and visual stage effect technology.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době jsou známa především řídicí zařízení, která využívají protokol DMX512. Tento patří ve většině případů k základní výbavě všech profesionálních zařízení, která slouží k provozu světelné jevištní techniky. Je první digitální náhradou analogového řízení, kde základní řídicí veličinou je konkrétní hodnota napětí. Jeho specifikace vychází z průmyslového standardu EIA485, který byl dříve značen jako RS485. Protokol DMX512 byl navržen v roce 1986 institutem USITT (United States Institute for Theatre Technology) pro řízení stmívačů a dalších speciálních efektů pomocí digitálního rozhraní. Měl nahradit do té doby používané analogové řízení, kde jako řídicí veličina sloužila výše zmiňovaná konkrétní hodnota napětí na řídicím kabelu. S tím bylo spojeno hned několik potíží. Pro každý řízený vstup (např. jeden kanál stmívače) byl potřeba jeden vodič, navíc nebyla vždy přesně dána řídicí veličina, neboť vlivem výrobních tolerancí mohla různá zařízení chápat či naopak vydávat mírně odlišné povely. Základem protokolu DMX512 je jeho elektrická specifikace. Ta vychází z již zmiňovaného, osvědčeného průmyslového standardu EIA485. Vzhledem k používání tohoto standardu v průmyslu jsou i technické prostředky pro jeho implementaci levné a přizpůsobené pro náročné podmínky. Pro přenos se využívá tří-pinový případně pěti-pinový konektor XLR. Jelikož data jsou přenášena po dvou vodičích a třetí vodič je zemnicí, není u pěti-pinového konektoru čtvrtý a pátý pin využíván.At present, mainly control devices that use the DMX512 protocol are known. This is in most cases the basic equipment of all professional equipment that is used to operate the stage lighting equipment. It is the first digital replacement of analog control, where the basic control variable is a specific voltage value. Its specification is based on the industry standard EIA485, which was formerly known as RS485. The DMX512 protocol was designed in 1986 by the United States Institute for Theater Technology (USITT) to control dimmers and other special effects using a digital interface. It was supposed to replace the analog control used until then, where the above-mentioned specific value of the voltage on the control cable served as the control variable. There were several problems with this. For each controlled input (eg one dimmer channel) one wire was needed, moreover the control variable was not always given precisely, because due to manufacturing tolerances different devices could understand or, on the contrary, give slightly different commands. The basis of the DMX512 protocol is its electrical specification. This is based on the already mentioned, proven industry standard EIA485. Due to the use of this standard in industry, the technical means for its implementation are cheap and adapted to demanding conditions. A three-pin or five-pin XLR connector is used for transmission. Since data is transmitted over two wires and the third wire is grounded, the fourth and fifth pins of the five-pin connector are not used.

V praxi se používá především tří-pinový konektor. Pokud je v rámci jedné světelné sestavy využíváno více světelných jednotek, jsou zapojovány topologií sběrnice. Jednotlivá zařízení se určují adresně pomocí tabulek, které vytváří vždy výrobce daného zařízení. Vzhledem k impedančnímu přizpůsobení je nutno připojovat k poslední jednotce terminátor.In practice, a three-pin connector is used. If multiple light units are used within a single light assembly, they are connected by the bus topology. Individual devices are determined by means of tables, which are always created by the manufacturer of the device. Due to the impedance matching, a terminator must be connected to the last unit.

Nevýhodou využití protokolu DMX512 je skutečnost, že prodražuje světelná zařízení a snižuje jejich dostupnost pro širší masy uživatelů, kteří by rádi obohatili svou produkci i o vizuální efekty. Další nevýhodou související s protokolem DMX512 je nutnost vybavit mateřské zařízení modulem, který dokáže transformovat audio signál, případně MIDI povely do příkazů protokolu DMX512. Tato funkčnost se samozřejmě také odráží v ceně zařízení.The disadvantage of using the DMX512 protocol is that it increases the cost of lighting devices and reduces their availability for a wider mass of users who would like to enrich their production with visual effects. Another disadvantage associated with the DMX512 protocol is the need to equip the parent device with a module that can transform the audio signal or MIDI commands into DMX512 commands. This functionality is of course also reflected in the price of the device.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá do značné míry univerzální jednočipové řídicí zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení podle vynálezu, které je mimo jiné použitelné i pro osvětlovací zařízení a techniku vizuálních jevištních efektů.To a large extent, the universal single-chip control device for the program control of the electrically driven machines and apparatus according to the invention, which is applicable inter alia to lighting and visual stage effects techniques, contributes to the elimination of the above-mentioned drawbacks.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že univerzální jednočipové řídicí zařízení obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídicího napětí. Vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy. Na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.SUMMARY OF THE INVENTION The universal single-chip control device comprises a microprocessor unit connected to an external timer and equipped with a software module for transforming the logical values of the discrete signal into the values of the continuous control voltage signal. The input of this microprocessor unit is connected via a USB port to at least one MIDI message based control signal source. The output, respectively. at least one device with states controlled by continuous values of the output electric voltage in the range of 0 to 5.5V is connected to the outputs of the microprocessor unit depending on the logical values of the discrete input signal.

- 1 CZ 304233 B6- 1 GB 304233 B6

Mikroprocesorová jednotka univerzálního jednočipového řídicího zařízení může být vybavena jedním až osmi výstupy k připojení zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí, případně USB vstupem k připojení na centrální počítač.The microprocessor unit of the universal single-chip control device can be equipped with one to eight outputs for connecting devices with states controlled by continuous values of the output voltage, eventually USB input for connection to the central computer.

Zdrojem řídicího signálu může být s výhodou přehrávač záznamu obsahujícího audio stopu hudební nahrávky a alespoň jednu stopu MIDI řídicího signálu.Preferably, the control signal source may be a record player comprising an audio track of a music recording and at least one track of a MIDI control signal.

Jednočipový vysoce univerzální kontrolér podle vynálezu je možno zapojovat do jakéhokoliv koncového zařízení, např. sjeho pomocí koordinovat vizuální efekty na jevišti spolu s hudbou. Zařízení je koncipováno tak, že je možno programově ošetřit nejen klávesy (čísla not), na které bude zařízení reagovat, ale také je možno přes výkonový stupeň připojit nejen světelná zařízení, ale i jakákoliv kompatibilní elektrická zařízení, která jako vstup používají TTL logiku - tedy např. motory čerpadel vodních fontán nebo zařízení vytvářející umělý dým. Mezi základní výhody zařízení patří jeho výrobní cena. Další výhodou je jeho snadná implementace do koncových stupňů světelných aplikací. Ze zařízení bude dostupný pouze USB konektor a případně přepínač jumperu pro snadné přeprogramování samotné aplikace v případě změn ve světelné sestavě. Významným přínosem je možnost využít jakákoliv efektová zařízení bez ohledu na to, jakým protokolem disponují či nedisponují v rámci své softwarové výbavy. Jediným nutným předpokladem je ošetření výstupů pro světelnou sestavu pomocí tlumivek v případě velkých příkonů z důvodů ovládání intenzity pomocí pulzně šířkové modulace. Zařízení je jistě dále konfigurovatelné a programovatelné.The single-chip, highly versatile controller of the invention can be plugged into any terminal device, e.g., by coordinating visual effects on stage with music. The device is designed so that it is possible to programmatically treat not only the keys (note numbers) to which the device will respond, but it is also possible to connect through the power stage not only lighting devices, but also any compatible electrical devices using TTL logic as input. eg water fountain pump motors or artificial smoke generators. The basic advantages of the device include its production price. Another advantage is its easy implementation into the final stages of lighting applications. Only the USB connector and possibly the jumper switch will be available from the device for easy reprogramming of the application itself in case of changes in the light assembly. An important benefit is the possibility to use any effect devices regardless of the protocol they have or do not have in their software equipment. The only prerequisite is the treatment of the outputs for the light assembly with chokes in the case of high power inputs due to the intensity control by means of pulse width modulation. The device is certainly further configurable and programmable.

Příklad vynálezuExample of the invention

Univerzální jednočipové řídicí zařízení v příkladném provedení obsahuje mikroprocesorovou jednotku - v příkladném provedení konkrétně PIC 18F250 (Microchip), propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídicího napětí. Zdrojem pro generování časového signálu je XTAL 20MHz s dvojicí keramických kondenzátorů 15pF. Hodnota tohoto krystalu byla vybrána z důvodu jeho dostupnosti, samotný mikrokontroler umožňuje použití krystalu v hodnotách (4, 8, 12, 16, 20, 24, 40, 48 MHz). Mikrokontroler je vybaven i vnitřním RC oscilátorem, ale pro zapojení využívající USB port je nutné použít přesný zdroj hodinového kmitočtu - krystal.The universal single-chip control device in the exemplary embodiment includes a microprocessor unit - in the exemplary embodiment specifically a PIC 18F250 (Microchip), coupled to an external timer and equipped with a software module for transforming the discrete signal logic values into a continuous control voltage signal. The source for generating the time signal is XTAL 20MHz with a pair of 15pF ceramic capacitors. The value of this crystal was chosen because of its availability, the microcontroller itself allows the use of the crystal at values (4, 8, 12, 16, 20, 24, 40, 48 MHz). The microcontroller is also equipped with an internal RC oscillator, but for the connection using the USB port it is necessary to use an accurate clock source - crystal.

Vstup mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy. Každá MIDI zpráva může obsahovat hodnotu od 0 do 255, tedy celkem 256 různých hodnot. Zprávy MIDI zpráva může obsahovat hodnotu od 0 do 255, tedy celkem 256 různých hodnot. Zprávy MIDI jsou rozděleny do dvou základních kategorií: zprávy Status a Data. Zpráva Status slouží k určení druhu informace, která je skrze MIDI posílána. Oznamuje zařízení, které zprávu přijímá, která událost náleží kterému kanálu MIDI a o jakou událost se jedná. Může jít např. o události: Notě On, Piích bend (změna výšky tónu), Program Change (změna patche) nebo aftertouch (poslední událost nastává v okamžiku, kdy je vyvinut další tlak na již stlačenou notu). Datové bajty obsažené ve zprávě zase zařízení informují o tom, jaké hodnoty jsou přiřazeny událostem, které v sobě nese Status Byte.The microprocessor input is connected via a USB port to at least one MIDI message-based control signal source. Each MIDI message can contain a value from 0 to 255, ie a total of 256 different values. MIDI message can contain a value from 0 to 255, ie a total of 256 different values. MIDI messages are divided into two basic categories: Status messages and Data messages. The Status message is used to specify the type of information that is sent through MIDI. Notifies the device that receives the message, which event belongs to which MIDI channel, and what event it is. These can be events such as Note On, Piece Bend, Program Change, or Aftertouch (the last event occurs when additional pressure is applied to an already pressed note). The data bytes contained in the message, in turn, inform the device of what values are assigned to events carrying a Status Byte.

Mikroprocesorová jednotka univerzálního jednočipového řídicího zařízení je vybavena osmi výstupy k připojení řízených zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.The microprocessor unit of the universal single-chip control device is equipped with eight outputs to connect controlled devices with states controlled by continuous output voltage values in the range of 0 to 5.5V depending on the logical values of the discrete input signal.

K připojení na centrální počítač je pak mikroprocesorová jednotka vybavena příslušným USB vstupem.The microprocessor unit is equipped with an appropriate USB input for connection to the central computer.

-2CZ 304233 B6-2GB 304233 B6

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

1. Universal single-chip control device for the programmatic control of electrically powered machines and equipment, including, but not limited to, lighting and visual stage effect technology, comprising a microprocessor unit connected to an external timer and equipped with a software module for transforming discrete signal logical values into the input of this microprocessor unit is connected via a USB port to at least one MIDI message-based control signal source, while the output or output signal of the microprocessor unit is connected via a USB port. at least one device with states controlled by continuous values of the output electric voltage in the range of 0 to 5.5V is connected to the outputs of the microprocessor unit depending on the logical values of the discrete input signal.

Universal single-chip control device according to claim 1, characterized in that its microprocessor unit is equipped with one to eight outputs for connecting a device with states controlled by continuous values of the output voltage.

Universal single-chip control device according to claim 1, characterized in that its microprocessor unit is equipped with a USB input for connection to a central computer.

The universal single-chip control device of claim 1, wherein the control signal source is a record player comprising an audio track of a music recording and at least one track of a MIDI control signal.

End of document