BRPI0721491A2 - Sistema de iluminação de led, microcontrolador externo, e, rede de iluminação - Google Patents

Sistema de iluminação de led, microcontrolador externo, e, rede de iluminação Download PDF

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Description

“SISTEMA DE ILUMINAÇÃO DE LED, MICROCONTROLADOR EXTERNO, E, REDE DE ILUMINAÇÃO”
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Esta invenção refere-se à um sistema de iluminação de LED, e mais particularmente refere-se à tal um sistema tendo meios para controlar a luz de saída do sistema de acordo com os sinais de controle de iluminação.
O uso de sinais de controle de iluminação para controlar os sistemas de iluminação de LED é conhecido. Por exemplo, a patente dos U.S. 6.016.038 descreve um método e aparelho de iluminação de LED multicolorido capaz de gerar luz para propósitos de iluminação ou de exibição, no qual os LEDs são controlados por um processador fornecendo sinais modulados por largura de pulso para alterar o brilho e/ou cor da luz gerada, possibilitando a geração de padrões de luz complexos e pré- designados.
Iluminação cênica e iluminação ambiente são tradicionalmente controladas por um regulador de iluminação. No caso de unidades acionadas por CA, a forma de onda de saída do sinal de CA de 60hz é fatiada usando o método de modulação por largura de pulso (PWM).
Os controladores usados para este propósito podem ser externos, i. e., unidades que se conectam à uma rede e à energia mas são externos à montagem de lâmpadas. Eles emitem sinais de controle ou sinais de PWM para as lâmpadas. Alternativamente, os controladores podem ser internos, i. e., unidades que se conectam à redes e à energia, e funciona o mesmo que os controladores externos, mas estão dentro da montagem da lâmpada e compartilham a fonte de alimentação da lâmpada e são dessa forma dedicados à montagem da lâmpada.
No caso de unidade acionada por CC, tal como sinais e mostradores compostos de matrizes endereçáveis de até milhares de LEDs individuais, os dados em série na forma de pacotes em série contendo imagem ou dados de mensagem para controle dos LED são processados por uma CPU operada por software. Os dados são convertidos por uma CPU operada por software. Os dados são convertidos em uma forma adequada para endereçar as matrizes de LED, e. g., dados de cor, e armazenados na memória. Os dados 5 são então usados para produzir sinais modulados por largura de pulso para controle da luz de saída dos LEDs.
No caso de unidades acionadas por CC simples, tal como única ou múltiplas lâmpadas de LED, a CPU operada por software pode ser substituída por um controlador interno ou externo, que primeiro converte os IO dados em série de controle de entrada em sinais de controle de iluminação tal como sinais de PWM sinais, e então aplica os sinais de controle de iluminação para controlar a corrente dos LEDs.
Um inconveniente do uso de tais controladores internos ou externos é que a função do acessório é determinada através da função do controlador, e assim sendo não pode ser mudada. Em adição, os controladores internamente montados estão sujeitos à danos durante instalação do acessório de luz, requerendo reparos onerosos.
De acordo com a invenção, um cabo removível com conector, contém um circuito eletrônico (aqui referido como um microcontrolador) para 20 conversão da entrada de protocolo de iluminação tal como DMX512, DALI, ZIGBEE ou outro protocolo de comunicação, em um sinal de controle de LED modulado por largura de pulso (PWM). O sinal de PWM é alimentado para um ou mais LED unidades de iluminação para controlar o LED corrente e habilita e desabilita LEDs de modo a produzir níveis variáveis de brilho.
Localizando o circuito de conversão de protocolo no cabo, o
projeto do acessório de LED é simplificado. Mais ainda, a função do acessório pode ser mudado simplesmente trocando o cabo. Em adição, remoção dos eletrônicos de conversão de dentro do acessório evita a possibilidade de dano aos eletrônicos durante instalação do acessório, que por outro lado vai resultar em reparos onerosos. De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um sistema de iluminação de LED compreendendo um acessório de iluminação de LED compreendendo pelo menos um LED e um microcontrolador externo para converter dados de controle de iluminação de entrada em sinais de controle de iluminação.
De acordo com uma modalidade preferida deste aspecto da invenção, o acessório de iluminação de LED também compreende um controlador interno para ainda controlar o LED, e. g., em resposta à voltagem e/ou aos dados de temperatura.
De acordo com uma outra modalidade preferida deste aspecto da invenção, o sistema de iluminação de LED ainda compreende um cabo para fornecer dados de controle de iluminação ao microcontrolador externo; e um conector de cabo para facilmente conectar o cabo ao acessório de iluminação de LED.
Enquanto Microcontrolador externo é preferencialmente localizado dentro do conector de cabo, ele pode alternadamente ser localizado dentro do próprio cabo, ou dentro de uma unidade separada adaptada para uma conexão fácil ao, ou o cabo ou ao conector. Em adição para fornecer dados de controle de iluminação ao microcontrolador externo, o cabo preferencialmente também fornece energia ao acessório de iluminação de LED.
Os dados de controle de iluminação normalmente serão fornecidos na forma de dados em série contendo informação para regular a iluminação da luz de saída do acessório de LED, tais dados em série preferencialmente formatados de acordo com o padrão DMX512. Microcontrolador externo converte estes dados de controle de iluminação em uma forma que é compatível com a função de controle do controlador interno, tal como sinais de controle de iluminação modulados por largura de pulso. Tipicamente, uma fonte de luz de LED branco vai ter uma combinação de um ou mais LED vermelho, verde e azuis, que juntos produzem a luz de saída branca.
De acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um acessório de iluminação de LED compreendendo pelo menos um LED e um controlador externo para controlar a corrente do LED em resposta aos sinais de controle de iluminação modulados por largura de pulso.
De acordo com ainda um outro aspecto da invenção, é fornecido um microcontrolador externo para converter dados de controle de iluminação para sinais de controle de iluminação.
Preferencialmente, Microcontrolador externo é localizado dentro de um conector de cabo integralmente conectado a um cabo e adaptado para facilmente conectar o cabo a um acessório de iluminação de LED, mas Microcontrolador externo também pode ser localizado dentro do cabo ou dentro de uma unidade separada adaptada para fácil conexão ao cabo ou ao conector do cabo.
DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS
Esses e outros aspectos da invenção serão ainda elucidados com referência aos desenhos das figuras, nos quais:
Figs. IA e IB são diagramas esquemáticos das partes componentes de uma modalidade de um sistema de controle de iluminação de LED de acordo com a invenção;
Fig. 2 é um diagrama esquemático de uma modalidade do componente de microcontrolador externo do sistema das Figs. IAe 1B;
Fig. 3 é um diagrama esquemático de uma outra modalidade do componente de microcontrolador externo do sistema das Figs. IA e 1B;
Fig. 4 é um diagrama em bloco de uma modalidade do microcontrolador externo; e
Fig. 5 é um diagrama em bloco de uma modalidade do microcontrolador interno do acessório de luz de LED. As figuras estão em diagrama e não desenhadas em escala. Os mesmos números de referência em diferentes Figuras referem-se à partes parecidas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS
Figs. IA e IB mostram, de forma esquemática, os componentes de partes de uma modalidade de um sistema 10 da invenção, que inclui um acessório de iluminação de LED 12 tendo pelo menos um LED 14 e um controlador interno 16 para controlar a corrente do LED 14 em resposta aos sinais de controle de iluminação; e um microcontrolador externo 22 para converter dados de controle de iluminação de entrada formatados em DMX em sinais de controle de iluminação modulados por largura de pulso para entrada no controlador interno 16. O microcontrolador externo 22 é localizado dentro de um conector de cabo 20, o qual conector 20 é adaptado para facilmente conectar um cabo de energia 18 ao acessório de iluminação de LED 12 através da tomada 24 e soquete 26.
O LED 14 nesta modalidade inclui três LEDs separados, um LED vermelho, um LED verde e um LED azul, cujas emissões se combinam para formar a luz branca.
O controlador interno ou operador do LED tem até três funções de controle: (a) controle da corrente do LED; (b) controle da temperatura do LED; e (c) LED ON ou OFF. Em adição, o controlador interno pode ter estes recursos adicionais: (d) fonte de alimentação de CC para CC; (e) fonte de alimentação de CA para CC; e (f) conjunto de circuitos de proteção de sinal.
O microcontrolador externo é o gerador de PWM. O microcontrolador externo pode ter estas opções: (a) conversão de DMX/serial para PWM; (b) conversão de regulador de iluminação de DALI/1 OV para PWM; (c) gerador de PWM; (d) nenhuma saída de PWM. DMX (Multiplexador Digital) 512 é um protocolo desenvolvido pelo USITT que descreve um método de transmissão de dados digitais entre os controladores e equipamentos e acessórios de iluminação. Ele cobre características elétricas (com base no padrão EIA/TIA-485), formato de dados, protocolo de dados, e tipo de conector. Ver o sítio da rede do USITT em www.usitt.org.
DALI (Interface de Iluminação Endereçável Digital) é um protocolo configurado no padrão técnico IEC 929. Ver o sítio da rede do IEC em www.iec.ch.
Uma maneira de alcançar as funções desejadas do controlador interno e do microcontrolador externo é modificar o projeto de um regulador de iluminação, DMX512 existente removendo o mecanismo de saída de alta corrente e colocá-lo no acessório de LED. O circuito de conversão permanece no regulador de iluminação é então feito em miniatura para encaixar dentro do cabo e conector. O cabo pode agora ser preso a qualquer acessório de LED tendo um projeto compatível.
Como mostrado nas Figs. 2 e 3, o microcontrolador 28 pode alternadamente ser localizado no cabo 18, ou pode ser incorporado em uma unidade separada 30 que se encaixa dentro do cabo ou dentro do conector de cabo entre o cabo e o acessório de iluminação.
Fig. 4 é um diagrama em bloco mostrando o relacionamento de componentes funcionais de uma modalidade do microcontrolador externo (22, 28), que nesta modalidade está localizado dentro do cabo 40. Os dados de controle de iluminação de entrada na forma de RS485, DMX512, DALI ou outro dados em série, é recebido pela UART 42, convertidos em dados digitais usando protocolo de padrão serial (N bits de início, 8 bits de dados, 1 bit de parada, nenhuma paridade) embora outros protocolos conhecidos podem ser usados. A CPU 44 inclui um processador, RAM e Memória Flash. Os dados digitais, agora na forma de bytes, são transmitidos através da UART 42 para a CPU 44, onde eles são armazenados em RAM.
Um programa de instruções de controle incluindo principalmente instruções de controle, mas nesta modalidade também instruções de controle de temperatura, reside em Memória Flash, e governa o processamento dos dados digitais transmitidos UART 42.
Por exemplo, onde os dados de entrada seriais representam a intensidade de LEDs VERMELHO, VERDE e AZUL, a CPU vai alternar correspondendo ao sinais na porta lógica de saída de HIGH para LOW em percentagens diferentes com base nos bytes de dados de RGB fornecidos pela UART 42. As percentagens representam 256 diferentes níveis de intensidade, com 0% HIGH representando 0 e 100% HIGH representando 255. Esses sinal de porta lógica de saída de PWM são então fornecidos através de portas lógicas de entrada/saída 46 para a lâmpada 50.
Energia é fornecida à CPU 44 a partir da linha de Energia 48 através do Regulador de Energia 49, que protege e converte a energia no cabo para operar os eletrônicos no microcontrolador (22, 28).
Fig. 5 é um diagrama em bloco mostrando o relacionamento dos componentes funcionais de uma modalidade do microcontrolador interno 16, que nesta modalidade está localizado dentro da Lâmpada 50. Os sinais de entrada de controle de iluminação na forma de sinais de controle de iluminação de PWM do Cabo 40, são entrados através das portas lógicas de entrada/Output 52, que detecta sinais de PWM HIGH ou LOW a partir das Portas Lógicas de Saída 46 do Cabo 40. Esses sinais de PWM são passados para a unidade de LED 60 através da Porta Lógica de Saída ENABLE 55 essencialmente sem modificação. A unidade de LED 60 tem uma placa de circuito com comutadores de corrente constante que comutam ON em resposta ao sinais de HIGH e OFF em resposta aos sinais de LOW.
A CPU 54, incluindo um processador, RAM e Memória Flash, fornece sinais HIGH e LOW de PWM adicionais entre 0% e 100% em resposta à entrada do Sensor de Voltagem 56 e Sensor de Temperatura 62, que são também emitidos através da Porta Lógica ENABLE 55 para a unidade de LED 60 para controlar a voltagem e temperatura.
Energia é fornecida à CPU 54 da linha de Energia 48 através do Regulador de Energia 58.
A invenção pode ser usada em um sistema de iluminação compreendendo um ou mais acessórios de iluminação de LEDs, sozinho ou em combinação com uma ou mais outras fontes de luz, e. g., fontes de luz fluorescente, conectada in paralelo ou em série, e pode ocorrer em redes de iluminação, em combinação com outros componentes cujas conexões podem ser com fio ou sem fio. Exemplos de tais redes de iluminação são descritas na patente dos U.S. 6.046.978 e 6.636.005, os relatórios descritivos das quais são aqui incorporadas para referência.
A invenção necessariamente foi descrita em termos de uma numero limitado de modalidades. A partir desta descrição, outras modalidades e variações das modalidades se tornarão aparentes para aqueles qualificados na arte, e são pretendidas serem totalmente englobadas dentro do escopo da invenção e das reivindicações anexas. Por exemplo, a função de regulagem da voltagem e temperatura pode ser transferida pelo cabo ou eliminada em sua totalidade, no qual caso o controlador da lâmpada pode ser substituído por fios conectando as portas lógicas de entrada/saída para a porta de saída habilitada da lâmpada.

Claims (18)

1. Sistema de iluminação de LED (10), caracterizado pelo fato de compreender: - um acessório de iluminação de LED (12) compreendendo pelo menos um LED (14); - um microcontrolador externo (22, 28) para converter dados de controle de iluminação em sinais de controle de iluminação para entrada no acessório de iluminação (12); - um cabo (18) para fornecer dados de controle de iluminação para o microcontrolador (22); e - um conector de cabo (20) para facilmente conectar o cabo (18) ao acessório de iluminação de LED (12) onde o microcontrolador externo (22, 28) é localizado dentro do cabo (18).
2. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: um controlador interno (16) para ainda controlar o LED (14).
3. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que o conector (20) é integralmente conectado ao cabo (18).
4. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabo (18) fornece energia ao acessório de iluminação de LED (12).
5. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o controlador interno (16) controla a temperatura do pelo menos um LED (14).
6. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acessório de iluminação de LED (12) compreende pelo menos um LED vermelho, pelo menos um LED verde e pelo menos um LED azul.
7. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de controle de iluminação fornecidos ao microcontrolador externo (22) através do cabo (18) são dados em série.
8. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os dados de controle de iluminação são formatados de acordo com o padrão DMX512.
9. Sistema de iluminação de LED (10) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que microcontrolador externo (22) converte os dados de controle de iluminação em sinais de controle de iluminação modulados por largura de pulso.
10. Microcontrolador externo (22, 28) para converter dados de controle de iluminação em sinais de controle de iluminação, caracterizado pelo fato de o microcontrolador externo (22, 28) é localizado dentro de um cabo (18).
11. Microcontrolador externo (22, 28) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os dados de controle de iluminação fornecidos ao microcontrolador (22, 28) são dados em série.
12. Microcontrolador externo (22, 28) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os dados de controle de iluminação incluem instruções para regular a iluminação do acessório de iluminação de LED (12).
13. Microcontrolador externo (22, 28) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o microcontrolador (22, 28) converte os dados de controle de iluminação em sinais de controle de iluminação modulados por largura de pulso.
14. Microcontrolador externo (22, 28) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dados de controle de iluminação são formatados de acordo com padrão DMX512.
15. Microcontrolador externo (22, 28) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o conector de cabo (20) é integralmente conectado ao cabo (18).
16. Microcontrolador externo (22, 28) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o conector de cabo (20) fornece energia ao acessório de iluminação de LED (12).
17. Rede de iluminação, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos, um sistema de iluminação de LED (10) como definido na reivindicação 1.
18. Rede de iluminação, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos, um microcontrolador externo (22, 28) como definido na reivindicação 10.
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