CN101431847A - 分布式驱动器和控制器区域网络总线通信协议 - Google Patents

分布式驱动器和控制器区域网络总线通信协议 Download PDF

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CN101431847A CNA2008101287821A CN200810128782A CN101431847A CN 101431847 A CN101431847 A CN 101431847A CN A2008101287821 A CNA2008101287821 A CN A2008101287821A CN 200810128782 A CN200810128782 A CN 200810128782A CN 101431847 A CN101431847 A CN 101431847A
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托马斯·文特
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Abstract

该未决专利申请涉及分布式驱动器和控制器区域网络总线通信协议。该未决专利申请提供用于照明系统中的内部通信的系统和方法，该照明系统包括用于控制该照明系统的计算机，在该系统中，通过计算机系统控制多个电机或致动器，该电机或致动器控制与照明系统关联的光效应组件的操作，其中该计算机进一步控制照明系统中的多个功能，该计算机由输入装置控制。可以将该计算机系统放置在中心，其中在该计算机系统中生成的控制信息通过数据总线被分发到多个分布式驱动器上，其中分布式驱动器物理上靠近电机或致动器地操作，其中分布式驱动器基于从数据总线接收的数据来执行致动器或电机的控制。

Description

分布式驱动器和控制器区域网络总线通信协议
技术领域
该未决专利申请涉及照明系统，其包括至少一个光源，该光源生成光束，该光束通过透镜(lens)系统，这光束还通过至少一个色彩形成系统，该色彩形成系统包括第一组电机，所述电机连接到第一组驱动器，所述光束穿过光效应系统，该光效应系统包括第二组电机，所述电机连接到第二组驱动器，将第一和第二组驱动器连接到计算机系统，该计算机系统通过至少连接到该第一和第二组驱动器的通信总线来通信，
该未决专利申请进一步涉及用于照明系统中的内部通信的方法，该照明系统包括用于控制该照明系统的计算机，该照明系统中多个电机或者致动器(actuator)由计算机系统控制，该电机或致动器控制与照明系统关联的光效应组件的操作，其中该计算机进一步控制该照明系统的多个功能，该计算机由输入装置控制。
背景技术
US5448180涉及发射机端级，其用于包括至少一个控制单元和数据传输线路的数据传输系统，特别用于具有至少一个CAN控制器和一个CAN总线的CAN总线系统，其特征在于该发射机端级的独立电路元件整体地集成的事实。作为该发射机端级独立元件的特殊布局和其电路设计安排的结果，例如数据线到接地端或电源电压的短路这样的故障的影响降低到最小。作为预驱动器的特殊选择的结果，达到最小延迟时间，所以可以以较高的数据速率传输信号。
US5448561涉及在数据处理装置(installation)中(特别是控制器区域网络(CAN)中)数据交换的改进的方法，该方法允许在网络或其它数据处理装置中的至少两个站之间的任意长度的数据字符串的认可的(acknowledged)和分段的传输。该方法包括借助帧来传输与数据相关联的信息；所述帧包括头字段和数据字段。在数据处理装置的多个站之间竞争总线连接通路的情况下，哪个帧具有优先权是通过评估其各自的头字段来决定的。在帧的数据字段中，具有包括消息码的控制信息字段，该消息码用于识别消息类型。该消息码区别激活消息、数据消息和应答消息。其允许传输带应答的有限长度数据串。更进一步的，特定消息的控制信息字段包括序列号、接收器状态码、消息结束码和表明该帧传输了多少数据字节的码。有了这些附加信息，任意长度的数据串可以作为分段来传输。通过在每种情况发回应答来确认各个部分消息的接收。
US5539778涉及用于数据传输系统的接收比较器，该数据传输系统包括至少一个控制单元和数据传输线，其特别用于至少一个控制器区域网络(CAN)控制器和一个具有CAN总线(CB)的CAN总线系统，该数据传输系统因单独的电路元件整体地集成而著称。通过借助电源(IS)生成独立于操作电压和温度的开关阈值，防止CAN总线电势被不对称地影响。这种结构确保高数据速率地处理传输数字信号，由此输入共模范围扩展到高于电源电压和低于接地。
US5572658涉及网络接口，该网络接口被设计用于通过串行总线的双线接收且具有连接到输入线路的差分接收器。该网络接口同样具有用于识别总线线路上的错误状态的元件。为了保持数据通信量，将该网络接口设计为在识别错误状态之后就改变为单线操作。在这种情况下，将一个输入线路连接到固定的终端电势(terminal potential)。在这种情况下选择终端电势，以使得在两个输入线路之间的电势差的大小对于两个位级别(bit level)是相同的。
EP0382794B1涉及网络接口，特别是用于具有至少两个处理器和至少两个总线的机动车的网络接口，该接口包括监视总线性能的监视电路和由该监视电路控制的应急电路。在供电电压UB或者接地之后连接到终端单元的总线之一发生短路的情况下，或者在连接到总线的网络组件的驱动器级有缺陷的情况下，可以用单个功能总线使用接收或者信号评价电路的比较器。该网络接口因此以出众的可靠性为特点。
发明内容
本发明的目的是减少照明系统中的线路的数量。
如果将第一和第二驱动器组物理地置于与该特定驱动器组相关联的电机组附近时，本发明的目的可以通过如权利要求1的前序部分所描述的照明系统来实现，其中特定的驱动器分配到每一个电机，并且其中计算机系统放置于与这组驱动器有一定距离的中心位置，其中从计算机系统到这组驱动器的通信通过特定通信协议在数据总线上执行。
因此，通过数据总线以高效的方式来进行通信。仅用于数据总线的布线需要被用于通信。在照明单元中，其中可移动头(moving head)必须相对于偏转线圈(yoke)来移动而偏转线圈相对于底座(base)来移动，可以尽可能地减少电线的数量是很重要的。将驱动器与电机关联地放置或者甚至将驱动器物理地放置于电机的内部提供了驱动器总是知道电机的实际位置的可能性。当从数据总线上收到新的位置数据时，驱动器可以计算差值并开始将电机移动到下一个位置。在某些情况下，将新位置发送到驱动器，以便准备移动当等待同步信号。也可以在例如移动头灯装置器(fixture)中使用数据总线通信。计算机系统也可以在操作上相对简单，因为由驱动器执行直接的电机控制，且计算机系统只需要为电机计算下一个位置。因而在例如移动头灯装置器中执行的大部分数据事物在分布式驱动器中执行。在某些情况下，数据通信也可以从驱动器传输到计算机系统。通过使用内部通信总线，当然可能使用双向通信。
优选地，对接收驱动器编程以对通信协议的时隙中承载的数据段作出反应。从而实现了所有数据在数据总线上对于所有连接的驱动器一直是可用的。对单独驱动器的编程定义了该驱动器在数据总线中使用哪些信息。
该计算机系统可以至少包括用于以下目的的程序模块，所述目的包括：在色彩形成系统中基于色彩输入数据来计算实际电机位置，在光效应系统中基于光效应输入数据来计算实际电机位置，在缩放模块中基于缩放输入数据来计算实际电机位置，在摇摆或俯仰电机中基于摇摆(pan)或倾斜(tilt)输入数据来计算实际电机位置，计算并控制冷却活动，其中计算机系统可以基于照明系统中测量或预测的温度，来持续地将计算出的数据至少发送到实际电机驱动器。在操作过程中计算机系统从外部接收数据的情况下，该计算机系统具有大量活动需要计算，并且必须进一步通过内部数据总线发送数据。不仅将包括关于新的电机位置的信息的控制数据传送到不同的模块，而且还在计算机系统中接收例如基于测量的温度或者甚至预测的温度的温度数据，计算机系统可以使用该数据总线来与冷却系统通信，该冷却系统包括必须调节速度的电机。
优选地，所用的通信协议是控制器区域网络(CAN)总线协议。即使使用在苛刻的环境下，该CAN总线也是十分可靠的通信协议。从而，电子火花和高频电磁辐射对于CAN总线都仅有很有限的影响。因此，该CAN总线在照明系统内部提供了可靠的通信。
更进一步，缩放模块可以包括第三驱动器，该驱动器通过CAN总线协议与计算机系统通信。因此，通过CAN总线协议执行到缩放模块的通信可以实现。
也可以将摇摆和俯仰电机连接到驱动器，该驱动器通过CAN总线通信协议与计算机系统通信。并且可通过连接到CAN总线的驱动器来控制用于摇摆和俯仰的电机。
在本发明的一个可选的实施例中，该通信协议可以是串行外围接口(SPI)总线。该串行外围接口总线或SPI是在全双工模式下操作的同步串行数据通信标准。设备在主通信模式下通信，在该主通信模式下主设备启动数据帧。使用独立通信选择线来允许多个通信设备。
因此，SPI总线可以作为CAN总线的替代。
通信协议也可以是I2C总线。该I2C总线是简单的双向双线(by-directional-two-wire)。使用该I2C总线在如微控制器这样的智能控制设备之间起到通信功能。因此，该I2C总线也是CAN总线的可能的替代。
在本发明的进一步的实施例中，该通信协议可以是CAN开放协议。在CAN开放网络中，必须有至少一个主应用和一个或多个从应用。该主应用执行启动处理和在操作状态下检查并维持网络。它还操纵集合中设备的对象词条和CAN标识符。通信简档定义了用于通过CAN总线发送和接收信息的多种方法。
因此，CAN开放数据总线可能是相对于普通CAN总线的最佳选择。
可选地，计算机系统包括至少一个用于DMX信号的输入/输出。对于照明装置，该照明装置必须可以连接到DMX信号。为了正确操作，必须同时具有DMX输入和DMX输出。仅通过将多个照明设备连接到同一DMX信号，它们就可以从同一照明控制器操作。
可选地，该计算机系统可以包括至少一个用于基于EIA-485总线接口的RDM的输入/输出。作为DMX信号的替代，该照明装置可以经由RMD网络与照明控制系统通信。
代替地，该计算机系统可以包括至少一个用于EIA-422总线接口的输入/输出。当电缆长度小于500米的时候，这可以是一种高效的通信网络。
该计算机系统还可以包括至少一个用于USB连接的输入/输出。使用例如USB2.0可以给出向该计算机系统的相对较高的数据速度的通信。
该计算机系统还可以包括至少一个用于以太网连接的输入/输出。通过将以太网连接作为可能，照明系统和普通以太网通信系统之间可以具有连接。
如果该计算机放置在中央并且该计算机生成的控制信息通过数据总线被分发到多个分布式驱动器，那么本发明的目的能够通过正如在权利要求15的前序部分所描述的方法来实现，其中这些分布式驱动器物理上运行在临近电机或者致动器处，并且这些分布式驱动器基于从数据总线接收的数据来执行对致动器或电机的控制。
通过这种在照明系统中通信的方法，可以在置于电机或致动器附近或者可能在电机或致动器内的驱动器中执行大多数的控制。由于这些驱动器具有(可能是直接的)到电机或致动器中的位置指示的通路，这些驱动器需要计算实际位置和经由数据总线接收的新位置之间的差值。因此，对电机位置的计算在尽可能靠近该电机的驱动器中直接执行。这减少了在照明单元中的数据通信。通过使用用于双向通信的数据总线，可以将照明系统中的可能是电机中的实际位置的所有检测器发送到计算机系统。根据从外部到计算机系统的请求，可以经由外部通信线路发送所有从照明系统中放置的位置检测器或者温度检测器收到的数据。
计算机系统可以向所有的驱动器发送数据，而协议定义了该协议的时隙中发送的多个数据段，其中可以对接收驱动器编程，以在这些时隙中承载的数据段做出反应。
从而，实现了数据总线可以在任何时间包括全部信息。但是单独的驱动器仅监听通信中直接定向到特定驱动器的那部分。
该方法进一步操作该计算机系统，以通过编程模块来执行用于以下目的的计算，这些目的包括：在色彩形成系统中基于色彩输入数据来计算的实际电机位置，在光效应系统中基于光效应输入数据来计算实际电机位置，在缩放模块中基于缩放输入数据来计算实际电机位置，在摇摆或俯仰电机中基于摇摆或俯仰输入数据来计算实际电机位置，在照明系统中基于测量或预测的温度来计算和控制冷却活动，其中该计算机系统持续将经过计算的数据至少发送到实际驱动器。因此，就实现了通过经由数据总线控制这些驱动器来操作照明系统中不同的机械和电子模块。经由数据总线处理温度数据。
可选地，通过控制器区域网络(CAN)总线协议来执行到计算机系统或者来自计算机系统的通信。该CAN总线是所执行过的最可靠的总线协议之一，并且在例如汽车中广泛应用。因此，在照明系统的相对苛刻的环境下该CAN总线也将是高效的。因此，火花或者其它类型的电磁噪声在CAN总线上只有非常有限的影响。
附图说明
图1示出了照明系统的一个可能的实施例中的内部模块的示意图。
具体实施方式
图1示出了照明系统2的一个可能的实施例中的内部模块的示意图。该照明系统2包括可以置于照明系统底座中的计算机模块4。照明系统2进一步包括偏转线圈分布模块6，其中数据总线12从该计算机系统4到偏转线圈模块6进行通信。从偏转线圈分布模块6到分布头模块10进一步具有通信线路14。从分布偏转线圈模块6到摇摆和俯仰模块8之间也具有数据总线连接16。从该摇摆和俯仰模块8，数据总线连接18和20进入到驱动器22和24之间具有。驱动器22连接到电机28，并且驱动器24连接到电机26。该分布式头模块10包括到驱动器44、46、48、50、52、54、56的数据总线连接30、32、34、36、38、40和42。所有这些驱动器进一步连接到电机58、60、62、64、66、68和70。而且，计算机系统4至少包括下述输入线路72、74、76、78、80。72表示DMX信号的输入和输出。74表示基于IEA485总线接口的IDM的输入/输出。76是IEA422总线接口的终端的指示。终端78是USB连接，而80是以太网连接终端。
在操作中，计算机系统4将越过数据总线12并通过分布偏转线圈模块6经由数据总线14向分布式头模块10发送数据，并经由数据总线30、32、34、36、38、40、42将该信号从分布式头模块10发送到相关的驱动器44、46、48、50、52、54、56。在此进行计算并且电机58、60、62、64、66、68、70受到控制。在该计算机系统中计算由计算机系统4接收到的输入信号，并接着将其发送到相关驱动器。驱动器知道电机的实际位置，并且他们执行对位置的实际差值的计算。摇摆和俯仰驱动器22、24也受到模块8和数据总线16的控制。在该图上未示出在照明系统中的多个检测器的存在。这些检测器可以是温度感测器，这些检测器也经由数据总线通信，所以测量的信号可以经由数据总线朝向计算机系统4发送。该计算机系统4可以通过控制例如置于光源附近的吹风(blowing)单元来执行温度调节。如果计算机系统4获得关于在照明系统附近的不同的电机位置的信息，那么就可以计算出该照明系统中的热分布。基于计算的加热，该冷却系统可以在移动头投光灯的任何温度上升开始之前激活。

Claims (18)

1、一种照明系统(2)，包括至少一个光源，该光源生成光束，该光束通过透镜系统，该光束通过至少一个色彩形成系统，该色彩形成系统包括第一组电机(58、60)，所述电机(58、60)连接到第一组驱动器(44、46)，所述光束通过光效应系统，该光效应系统包括第二组电机(62、64)，所述组电机连接到第二组驱动器(48、50)，该第一和第二组驱动器(44、46-48、50)连接到计算机系统(4)，该计算机系统(4)通过至少连接到该第一和第二组驱动器(44、46-48、50)的通信总线(12、14、30、32、34、36)进行通信，其特征在于：所述第一和第二组驱动器(44、46-48、50)物理上放置为靠近与特定驱动器组(44、46-48、50)关联的电机组(58、60-62、64)，其中特定的驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)被分配给每一个电机(26、28、58、60、62、64、66、68、70)，该计算机系统(4)距驱动器组(44、46-48、50)一定距离而放置在中心，其中通过特定通讯协议在数据总线(12、14、16、18、20、30、32、34、36、38、40、42)处执行主要从计算机系统到驱动器组(44、46-48、50)的通信。
2、如权利要求1所述的照明系统，其特征在于接收驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)被编程，以在通信协议中的时隙中承载的数据段处做出反应。
3、如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于该计算机系统(4)至少包括用于以下目的的程序模块：
在色彩形成系统中基于色彩输入数据计算实际电机(58、60)位置，
在光效应系统中基于光效应输入数据计算实际电机(62、64)位置，
在缩放模块中基于缩放输入数据计算实际电机(66)位置，
在摇摆或俯仰电机中基于摇摆或俯仰输入数据计算实际电机(26、28)位置，
在照明系统中基于测量或预测的温度来计算并控制冷却活动，
其中计算机系统(4)持续将计算出的数据至少发送到实际电机驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)。
4、如权利要求3所述的照明系统，其特征在于通过控制器区域网络(CAN)总线协议执行数据总线(12、14、16、18、20、30、32、34、36、38、40、42)上的通信。
5、如权利要求4所述的照明系统，其特征在于缩放模块包括第三驱动器(52)，该驱动器(52)通过CAN总线协议向计算机系统(4)通信。
6、如权利要求4所述的照明系统，其特征在于摇摆和俯仰电机(26、28)连接到第四组驱动器(22、24)，所述驱动器通过CAN总线协议向计算机系统(4)通信。
7、如权利要求3所述的照明系统，其特征在于该通信协议是SPI总线。
8、如权利要求3所述的照明系统，其特征在于该通信协议是I2C总线。
9、如权利要求3所述的照明系统，其特征在于该通信协议是CAN开放协议。
10、如权利要求4-9中的一个所述的照明系统，其特征在于该计算机系统(4)包括至少一个用于DMX信号的输入/输出(72)。
11、如权利要求4-9所述的照明系统，其特征在于该计算机系统包括至少一个用于基于EIA-485总线接口的RDM的输入/输出(74)。
12、如权利要求4-9中的一个所述的照明系统，其特征在于该计算机系统包括至少一个用于EIA-422总线接口的输入/输出(76)。
13、如权利要求4-9中的一个所述的照明系统，其特征在于该计算机系统包括至少一个用于USB连接的输入/输出(78)。
14、如权利要求4-9中的一个所述的照明系统，其特征在于该计算机系统包括至少一个用于以太网连接的输入/输出(80)。
15、一种用于照明系统(2)中的内部通信的方法，该照明系统包括用于控制该照明系统(2)的计算机系统(4)，在该照明系统(2)中，由该计算机系统(4)控制多个电机或致动器(26、28、58、60、62、64、66、68、70)，该电机或致动器(26、28、58、60、62、64、66、68、70)控制与照明系统关联的光效应组件的操作，其中该计算机系统(4)进一步控制照明系统中的多个功能，其特征在于：该计算机系统(4)放置在中心，其中在计算机系统(4)中生成的控制信息经由数据总线(12、14、16、18、20、30、32、34、36、38、40、42)被分发到多个分布式驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)，其中这些分布式驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)物理上靠近电机或者致动器(26、28、58、60、62、64、66、68、70)地操作，其中分布式驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)基于从数据总线(12、14、16、18、20、30、32、34、36、38、40、42)接收的数据，来执行电机或致动器(26、28、58、60、62、64、66、68、70)的控制。
16、如权利要求15所述的方法，其特征在于计算机系统(4)向所有驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)发送数据，协议定义多个在协议中的时隙中发送的数据段，其中接收驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)被编程，以在所述时隙中承载的数据段处做出反应。
17、如权利要求15或16所述的方法，其特征在于该计算机系统通过用于以下目的编程模块来执行计算：
在色彩形成系统中基于色彩输入数据计算实际电机(58、60)位置，
在光效应系统中基于光效应输入数据计算实际电机(62、64)位置，
在缩放模块中基于缩放输入数据计算实际电机(66)位置，
在摇摆或俯仰电机中基于摇摆或俯仰输入数据计算实际电机(26、28)位置，
在照明系统中基于测量或预测的温度来计算并控制冷却活动，
其中该计算机系统(4)持续将计算出的数据至少发送到实际驱动器(22、24、44、46、48、50、52、54、56)。
18、如权利要求15-17中的一个所述的方法，其特征在于通过控制器区域网络(CAN)总线协议来执行到计算机系统(4)的通信或来自计算机系统(4)的通信。
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