CN101494936B - Led灯光控制总线及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED灯光控制总线及其控制方法，该总线包括多个节点和连接在节点之间的通信电缆，每个节点包括一微处理器，该微处理器包括一信息接收口和一信息输出口，该通信电缆至少包括一根信号线，一个节点的信息输出口通过信号线与下一个节点的信息接收口连接，该参考地线为各个节点提供一个等电位的参考点。本发明每一个节点只跟它的下一节点进行单点发送数据，这样可以将数据传送得更远或者采用更高的速率通讯，并且可以驱动更多的节点数量和增加通讯距离。

Description

LED灯光控制总线及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种LED灯光控制技术，特别是涉及一种LED灯光控制总线及其控制方法。

背景技术

LED光源作为一种新兴的节能型光源，越来越受到人们的重视，各种针对LED的控制系统五花八门，但是其通讯的核心技术不外乎以下三种：

一：基于RS485物理总线的通讯控制方案，包括市面上最常见的DMX512总线的产品都属于这一类。如图1所示，其包括多个节点23，各个节点包括一总线收发终端20、输入线21和输出线22，输入线21和输出线22分别连接总线收发终端20内部微处理器(MCU)的一对异步通信接口——接收口RX和输出口TX，网络节点23的输入线21和输出线22都是以总线形式挂接在网络24上，此类产品的优点是传输距离较远，但是其最大的缺点是通讯速率受灯具节点的数量和灯具节点间的距离影响。要增加灯具节点的数量或延长节点间的距离就必须靠扩展中继设备或降低通讯速率来保证。而且，采用RS485总线的设备在应用之前必须给每台设备设定唯一的地址码，且通常需要对每一台设备逐一设置，操作很麻烦，这样在现场应用时就缺乏灵活性。

二：采用串行移位通讯及控制技术的控制方案，此类方案在LED大屏幕中得到广泛应用，现在也延伸到很多灯光产品中。其优点是成本低，且具有较高的传输速率，便于实现丰富的动画效果。但是此类方案最大的缺点是：由于采用TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑)电平传输，所以通讯距离非常近，只能在数米之内传输；而且，这种系统在通讯线缆较长时，会对时钟信号产生较大的相移，这个相移会随着节点级联数量的增加而产生积累误差，直到完全失控。由于在分布式的景观灯光应用中，灯具节点之间的距离往往都较大，因此这种系统的应用有很大的局限性。

三：采用单线总线的通讯技术控制方案。此类方案的优点是通讯线缆芯数大大减少，只要一根信号线加上一根参考地线便能通讯。但是就目前采用单线控制的产品来说，其通讯速率都比较低，难以实现实时性很高的变化效果；而且，目前只有少数几家公司能够提供支持单线协议的专用控制芯片，如：ColorKinetics、DALLAS等公司。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中LED控制系统驱动节点数少、驱动距离短、线缆芯数多、数据流量小等的缺陷，提供一种LED灯光控制总线及其控制方法，其能够驱动更多节点而且驱动距离长，所需线缆芯数且数据流量大。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种LED灯光控制总线，其特征在于，其包括多个节点和连接在节点之间的通信电缆，每个节点包括一微处理器，该微处理器包括一信息接收口和一信息输出口，该通信电缆至少包括一根信号线，一个节点的信息输出口通过信号线与下一个节点的信息接收口连接，该参考地线为各个节点提供一个等电位的参考点。

优选地，所述节点包括一总线收发终端，该信号线包括用于信号输入的连接电缆和用于信号输出的连接电缆，该用于信号输入的连接电缆与信息接收口连接，该用于信号输出的连接电缆与信息输出口连接。

优选地，所述信号线为平行线。

优选地，所述节点包括总线收发终端、差分接收器和差分发送器，该差分接收器位于信息接收口和信号线之间，该差分发送器位于信息输出口和信号线之间。

优选地，所述信号线为双绞线。

优选地，该通信电缆还包括一参考地线。

优选地，所述节点之间是通过通信帧形式传输数据包的，其中通信帧包括报头和报文，所述报文正式传输报文数据流，所述报头包括：

识别码，其用于识别报头的一串字节序列；

协议号，其用于区分不同操作功能的代码标识；

报文长度，其用于表示后面报文长度的字节数；

校验和，其用于检查报头校验累加和的参数。

优选地，所述识别码由9个字节组成，所述协议号由1个字节组成，所述报文长度由2个字节组成，所述校验和由1个字节组成。

本发明还提供一种LED灯光控制总线的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、开始；

S2、接收并转发报头；

S3、检查校验和的正确性，若校验不通过，则废弃数据，并回到S2前面重新开始，如果校验通过，则执行S4；

S4、判断接收到的协议号，根据判断结果不同，具体分为以下三种：若协议号等于0，则执行步骤S5，若协议号等于1，则执行步骤S6，若协议号等于0xff，则不做任何处理，回到步骤S2前面；

S5、执行亮度数据处理流程，最后返回到步骤S2前面；

S6、执行设置地址处理流程，最后返回到步骤S2前面。

优选地，所述步骤S5的处理亮度流程时，每一个总线收发终端内部有一个地址计数器，每收到一个亮度数据地址自动加1，当其地址计数器和总线收发终端设定的地址码相同时，该亮度数据便被认为是本节点的有效数据，被保留下来并且作显示处理。

优选地，所述步骤S6的处理设置地址流程时，一上位机会发送一个起始地址码，当第一个总线收发终端收到该地址码后，会将其地址码储存作为本机地址，并且将本机地址加1后向下一级总线收发终端发送，下一级总线收发终端也会做同样处理，以使总线中的每一节点会自动分配到一个逐次递增的地址码。

本发明的积极进步效果在于：

1.每一个节点只跟它的下一节点进行单点发送数据，对发送节点来说，它的网络负载很轻松，可以传送得更远或者采用更高的速率通讯。

2.经过每一节点的接力传送，相当于每一个节点都成了一个中继器，将信号重新整形再发送出去，而且这样的整形是通过软硬件的结合，信号波形不存在累计相位偏移失真，这样就可以驱动更多的节点数量。

3.无论是发送端还是接收端，只需要一根信号线就能够进行最基本的通讯，在大部分灯具节点间距不超过10米左右的情况下都能够应用，如果灯具间距过远，只需在接收端和发送端分别增加一个廉价的差分接收器和差分发送器，通讯距离可以数十倍甚至上百倍地增加。

附图说明

图1为现有技术LED灯光控制总线的示意图。

图2为本发明实施例一的示意图。

图3为本发明实施例二的示意图。

图4为本发明通信帧的模块示意图。

图5为本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图2所示，本发明LED灯光控制总线包括多个节点50和连接在节点50之间的通信电缆，这里的节点50包括总线收发终端1，该总线收发终端1包括一微处理器(MCU)，该微处理器包括一对异步通信接口(AsynchronousReceiver/Transmitter，ART)--一信息接收口RX和一信息输出口TX，该通信电缆至少包括一根信号线，该通信电缆还可以包括一根参考地线4，该信号线为平行线且包括用于信号输入的连接电缆2和用于信号输出的连接电缆3，一个节点50的信息输出口TX通过信号线与下一个节点50的信息接收口RX连接，其中用于信号输入的连接电缆2和用于信号输出的连接电缆3用于传输节点50之间的数据包，用于信号输入的连接电缆2与信息接收口RX连接，用于信号输出的连接电缆3与信息输出口TX连接，该参考地线4为各个节点提供一个等电位的参考点，当节点50通过用于信号输入的连接电缆2接收到数据包后，将有用的信息通过用于信号输出的连接电缆3发送到下一个节点50的信息接收口RX，同样原理，下一个节点50再将有用的信息向再下一个节点50发送，这样数据信息就得到传递。

这种LED灯光控制总线应用适合在两个灯具间距离不超过10米左右的应用场合使用，总线收发终端1的核心可以选用指令周期较快(串行通信波特率超过1Mbps/s)的微处理器(MCU)，比如Luminary Micro公司的Stellaris型MCU，这种芯片的串行通信波特率可以设置到超过1Mbps/s的速度，这样就可以从容处理较多节点的数据流量。

实施例2

本实施例与实施例的原理基本相同，其主要不同点在于：总线收发终端1的信息接收口RX增加了一个差分接收器6，总线收法终端1的信息输出口TX增加了一个差分发送器7，此时的每一节点51包括总线收发终端1、差分接收器6和差分发送器7，同时在信息接收口RX和信息输出口TX分别采用一对双绞线8、9(相当于实施例1中的信号线)来传输数据包，这样的通讯距离可以大大增加，弥补长线传输的应用需求，其他部分同实例一，这里不再详述。

在上述两个实施例中，数据包是通过通信帧形式传输的，其中通信帧包括如下五大部分：

(1)识别码30：用于识别报头的一串字节序列，由9个字节组成；

(2)协议号31：用于区分不同操作功能的代码标识，由1个字节组成；

(3)报文长度32：用于表示后面报文长度的字节数，由2个字节组成；

(4)校验和33：用于检查报头校验累加和的参数，由1个字节组成；

(5)报文34：正式传输报文数据流，字节数不定。

其中，识别码30、协议号31、报文长度32和校验和33组成报头。

如图5所示，本发明LED灯光控制总线的控制方法包括以下步骤：

步骤100、开始；

步骤101、接收并转发报头；

步骤102、检查校验和的正确性，若校验不通过，则废弃数据，并回到步骤101前面重新开始，如果校验通过，则执行步骤103；

步骤103、判断接收到的协议号，根据判断结果不同，具体分为以下三种：

若协议号等于0，则执行步骤104，即亮度数据处理流程，最后返回到步骤101前面；

若协议号等于1，则执行步骤105，即设置地址处理流程，最后返回到步骤101前面；

若协议号等于0xff，则不做任何处理，回到步骤101前面。

其中识别码30、协议号31、报文长度32、校验和33四项都是报头的一部分，报文34才是真正的报文。总线收发终端在解析通信协议时，首先接收报头部分内容并实时转发，在校验和正确的情况下根据接收到的协议号进入分支处理环节，分别可能处理亮度流程和设置地址流程。在处理亮度流程时，总线收发终端1内部有一个地址计数器，每收到一个亮度数据地址自动加1，当其地址计数器和总线收发终端设定的地址码相同时，该亮度数据便被认为是本节点的有效数据，被保留下来并且作显示处理，其他数据不做显示，只是将其转发。在处理设置地址流程时，上位机会发送一个起始地址码，当第一个总线收发终端1收到该地址码后，会将其地址码储存作为本机地址，并且将本机地址加1后向下一级总线收发终端发送，下一级总线收发终端也会做同样处理，这样总线中的每一节点会自动分配到一个逐次递增的地址码，不用一个个地设置，这在应用中非常方便。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种采用LED灯光控制总线的控制方法，其特征在于，该LED灯光控制总线包括：多个节点和连接在节点之间的通信电缆，每个节点包括一总线收发终端、差分接收器和差分发送器，该总线收发终端包括一微处理器，该微处理器包括一信息接收口和一信息输出口，该通信电缆至少包括一根信号线，一个节点的差分发送器通过信号线与下一个节点的差分接收器连接，对每个节点来说，该差分接收器位于信息接收口和一信号线之间，该差分发送器位于信息输出口和另一信号线之间，所述信号线为双绞线，该通信电缆还包括一参考地线，其中，所述节点之间是通过通信帧形式传输数据包的，其中通信帧包括报头和报文，所述报文正式传输报文数据流，所述报头包括：

识别码，其用于识别报头的一串字节序列；

协议号，其用于区分不同操作功能的代码标识；

报文长度，其用于表示报文长度的字节数；

校验和，其用于检查报头校验累加和的参数，

该控制方法包括以下步骤：

S1、开始；

S2、接收并转发报头；

S3、检查校验和的正确性，若校验不通过，则废弃数据，并回到S2前面重新开始，如果校验通过，则执行S4；

S4、判断接收到的协议号，根据判断结果不同，具体分为以下三种：若协议号等于0，则执行步骤S5，若协议号等于1，则执行步骤S6，若协议号等于0xff，则不做任何处理，回到步骤S2前面；

S5、执行亮度数据处理流程，最后返回到步骤S2前面；

S6、执行设置地址处理流程，最后返回到步骤S2前面。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S5中处理亮度数据流程时，每一个总线收发终端内部有一个地址计数器，每收到一个亮度数据地址自动加1，当其地址计数器和总线收发终端设定的地址码相同时，该亮度数据便被认为是本节点的有效数据，被保留下来并且作显示处理；否则，亮度数据不做显示。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S6的处理设置地址流程时，一上位机会发送一个起始地址码，当第一个总线收发终端收到该地址码后，会将其地址码储存作为本机地址，并且将本机地址加1后向下一级总线收发终端发送，下一级总线收发终端也会做同样处理，以使总线中的每一节点会自动分配到一个逐次递增的地址码。

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