CN101815380A

CN101815380A - Led树灯阵列控制装置及方法

Info

Publication number: CN101815380A
Application number: CN201010123376A
Authority: CN
Inventors: 湛引根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明公开了一种LED树灯阵列控制装置及方法，包括一个主控制器H1和至少一个分控制器EX，需要控制的树灯连接在分控制器上。主控制器中的中央处理模块根据预先设定的变化样式，通过输出模块向各分控制器EX发送数据，各分控制器EX通过其输入模块接收数据，并根据各自的编号由其中央处理模块进行处理，然后将结果输出到LED驱动模块，从而使连接在LED驱动模块上的树灯TL产生相应的变化。在有多个树灯的工程中，该发明可以使这些树灯构成一个阵列，并按照预先设置使整个阵列展现出各式各样的和谐统一的变化效果。

Description

LED树灯阵列控制装置及方法

所属技术领域

本发明涉及LED控制技术，特别是一种LED树灯阵列控制装置及方法。

背景技术

目前，LED行业正处在飞速发展中，LED树灯作为其中一个重要组成部分，也得到越来越广泛的应用。目前市场上的树灯有两类：一是不带控制器的，树灯在通电后处于常亮状态，效果单；二是带有控制器，如专利文献中所披露的中国专利授权公告号CN201114883Y，专利号ZL200720055533.5，授权公告日2008年9月10日，实用新型的名称为桃花树灯控制器。这种控制器可以控制树灯闪烁变换出不同的颜色。单独一个树灯时并没有什么明显的缺陷，但是当几棵甚至是几十棵放在一起时，其不足暴露无疑。各个树灯各自为政，要么变化一模一样，效果单调乏味；要么千差万别，混乱无章。这显然不能满足现代装饰美化的要求。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种新型的LED树灯阵列控制装置及方法，在有多个树灯的工程中，该发明可以使这些树灯构成一个阵列，并按照预先设置使整个阵列展现出各式各样的和谐统一的变化效果。

本发明所采用的技术方案是：一种LED树灯阵列控制装置，包括至少一个LED驱动模块、中央处理模块、记忆存储模块、电源模块、输入模块，输出模块或编码设置模块。LED驱动模块、记忆存储模块连接在中央处理模块上，电源模块为其它各模块提供DC3V-6V的低压直流电，这些模块组成一个分控制器EX，各个分控制器通过一组线路连成一串或几串，连接在由主控制器H1的输出模块所引出的线上，需要控制的树灯连接在分控制器EX的LED驱动模块上；树灯的实际供电电压一般为DC220V/DC110V或DC3V-DC36V的低压直流电。

所述的主控制器H1由中央处理模块、记忆存储模块、电源模块，至少一个输出模块、人机交互模块组成；其中记忆存储模块、输出模块、人机交互模块连接在中央处理模块上，电源模块为各个模块提供DC3V-6V的低压直流电。

主控制器H1的每个输出模块可带若干个分控制器EX。每个树灯包括1组或多组LED，各组LED可以是不同颜色的，也可以是相同颜色的；分控制器EX包括输入模块，输出模块，中央处理模块和至少1个LED驱动模块，每个LED驱动模块可驱动树灯上的一组或多组LED灯。

主控制器H1中的中央处理模块根据预先设定的变化样式，通过输出模块经并行信号线D1、D2向各分控制器EX发送数据，各分控制器EX通过其输入模块接收来自主机的数据，并根据各自的编号由其中央处理模块进行处理。然后将结果输出到LED驱动模块，从而使连接在驱动模块上的树灯产生相应的变化，记忆存储模块可对控制系统的状态或变化样式进行存储。

所述的编号可以是通过各分控制器的编码设置模块进行手动设置的，也可以是在主控制器H1的控制下各分控制器EX进行的自动编号。自动编号时主控制器以一定的频率通过2条并行信号线D1、D2重复发送特定数据字节，各分控制器每接收到一次数据，编号增加1，如果在此之前已收到从连接上一分控制器EX(对于第一分控制器来说则是主控制器H1)的串行线上发来的完成编码信息，则本分控制器完成编号并向下一分机发送完成编码信息，直到主控制器完成发送预定次数的特定数据。

本发明的有益效果是，在装有多个树灯的场合中，通过主控制器H1与各分控制器EX的有机配合，使整个树灯阵列展现出和谐统一的变化效果。

由于整个系统的信号通路只有用于编码的信号线D3是依赖于各个分控制器的，而只要分控制器不改变位置关系就不需要再次编码。其它的两条信号线D1，D2并不受各分控制器影响，除非分控制器中这两条信号线存在短路情况。所以即使系统中有分控制器出现问题，其它树灯仍然能正常变化，若采用74HC595之类的移位寄存器方案则一个出现故障，轻则连接在其后所有分控制器EX不能正常工作，重则整个系统全部瘫痪。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电路方框图。

图2是本发明的第一种连接方式示意图。

图3是本发明的第二种连接方式示意图。

图4是主控制器H1的程序方框图。

图5是分控制器EX的程序方框图。

图6是手动设置编号时分控制器的电路方框图。

图7是电源模块的电路图。

图8是输出模块的电路图。

图9是带隔离的输出模块电路图。

图10是主控制H1使用独立电源供电时的电源模块电路图。

图11是LED驱动模块的电路图。

图12是树灯使用市电时，树灯的供电电路。

图13是树灯使用市电时，LED驱动模块的电路图。

图中主控制器H1，分控制器EX，树灯TL，信号线D1、D2、D3，电源正S，电源负S0，分控制器EX的输入接口P1，分控制器EX的输出接口P2，主控制器H1的输出接口P3。

具体实施方式

参照图1和图2，本实施例用一个DC24V的开关电源通过电源正S，电源负S0两条线对整个系统进行供电。整个系统包括一个主控制器H1和五个分控制器EX，各个分控制器EX的输入模块引出一个接口P1；

主控制器H1上的每个输出模块引出一个输出接口P3；接口P3后连接一条或由多条连接起来的线，线上有与系统所需分控制器EX数量相对应的接口P2。分控制器的输入接口P1与P2一一对接，从而使主控制器H1与各分控制器EX构成一个有机整体。

需要控制的树灯TL连接在分控制器EX的输出模块上，树灯TL包括3组不同颜色的LED，分别是红色R、绿色G、蓝色B。主控制器包括电源模块，中央处理模块，记忆存储模块，人机交互模块和二个输出模块，其中一个输出模块空置未用，另一个带五个分控制器EX。分控制器包括输入模块，输出模块，中央处理模块，记忆存储模块和3个LED驱动模块，每个LED驱动模块驱动树灯上的一组LED灯。其连接方式如J2所示，4条线中，其中一条线为三组LED的公共端，它直接连着电源的正极S。另外三条线为控制线，分别连接着三组LED的另外一端，这三条线的另外一端连接着分控制器EX的驱动模块。

一个LED驱动模块相当于一路由中央处理模块控制的开关，其电路如图11所示，其中LED1表示树灯上的一个灯组。当P0.1处为高电平时，Q301导通，LED1相当于接在电源两极S0，S之间，这时LED1处于点亮状态，否则处于熄灭状态。根据PWM(脉宽调制方式)原理，通过调节占空比可对相关灯组的亮度进行调节，通过对三基色(R、G、B)灯组的调节，在8位PWM下可变换出16777216种颜色。

主控制器H1与分控制器EX的电源模块为控制器提供所需的DC5V电压，它一般由整流、滤波、稳压三部分构成，如图10。当系统由低压直流供电时可以不用整流部分，用一个由78M05(三端稳压器)所组成的典型应用电路就可以实现，如图7。

记忆存储模块可以由AT24C02构成，但若中央处理芯片中已经含有EEPROM则可以不用外接串行EEPROM芯片。

中央处理模块由51单片机及其必要的外围电路如晶振电路，上电复位电路构成。

主控制器的输出模块采用常用的集电极开路输出。如图8，它是整个模块三路输出(D1，D2，D3)其中的一路(D1)的示意图，其余两路与此相同。其中P0.1连接中央处理芯片的一个输出引脚，R602为上拉电阻。

分控制器的输出模块在电路结构上与主控制的类似，但它只有一路，即D3。

主控制器的人机交互模块常包括两个部分，其一是为自动编码设置重复次数(可以理解为分控制器数量)，它主要由拨码开关构成；其二是指示及控制主控制器H1的工作状态控制部分，这部分由电源指示灯、通信指示灯、编码按键构成。当需要重新编码时可按下按键，中央处理模块检测到按键动作即会进入编码状态；当主控制器H1处于供电状态时电源指示灯亮；当主控制与分控制正在传输数据0(低电平)时通信指示灯亮，否则灭；除此两个常用部分外必要时还可以增加显示屏和键盘以方便用户随时对变化样式进行更改。

要让整个树灯系统正确展现出所需的变化样式，各分机必须拥有正确的编号。在本实施例中采用自动编码方式对各分机进行编号。

自动编号时主控制器H1先通过输出模块经信号线D1给各分控制器EX发送中断请求，分控制器EX收到请求后进入中断接收状态。然后主控制器H1再经信号线D2向各分控制器EX发送特定数据，这个发送过程以一定的频率重复进行。各分控制器EX每接收到一次数据，编号增加1，如果在此之前已收到连接一分控制器EX(对于第一个分控制器EX来说则是主控制器H1)的串行信号线D3发来完成编码的信息，则本分控制器EX完成编号并向下一分控制器发送完成编码信息直到主控制器H1完成重复次数，此重复次数由人工交互模块预先进行设置。编码完成后，编号可存储在各分控制器EX的记忆存储模块中。因此若分控制器EX状态没有变动则无需再次编码。

变化时，主控制器H1与分控制器EX的程序方框图如图4、图5所示，主控制器H1的中央处理模块提取出记忆存储模块中变化样式的各种参数并对其进行处理，然后通过输出模块，经信号线D1给各分控制器EX发送中断请求，分控制器EX收到请求后进入中断接收状态。主控制器H1再经信号线D2向各分控制器EX发送数据。各分控制器EX收到数据后并不立即处理输出，而是在等到主控制器H1通过D2发来的同步脉冲后才会依据收到的数据参数及各自的编号进行处理，并将结果反映到驱动模块。而且在整个变化过程当中各个分控制器EX每处理一次之前，都会等待主控制器H1发来的同步脉冲，直到当前变化完成。主控制器H1再读下一变化的参数，而分控制器EX则再次处于等待中断状态，如此循环不已。

上文所述只是使用中的一种情况，实际上每一个部分都多有方案可供选择，由于无法穷尽所有实施方案，以下仅选择几个主要方面进行补充说明：

一，抗干扰

当需要提高系统的抗干扰性能时还应当在主控制器H1的输出模块中的输出三极管(Q801)与中央处理模块之间加光耦隔离电路，如图9。其中GND2与所有分控制器EX的电源地是相通的，而GND则是主控制器中其他部分(包括中央处理模块、人工交互模块、记忆存储模块)的电源地。它由一个独立的电源提供，如可以在主控制器H1中增加一个9V小变压器，其后设置如图10所示的电路。

二，主控制器的输出接口

主控制器H1的每个输出模块可以引出多个输出接口P3，也就是说同一路信号在进入模块之后分成多路相同的信号，但当其中某一个接口P3的信号出现问题，则只要是这个模块引出的接口一般都会出现问题，具体情况具体分析。

主控制器也可以有多个输出模块，这些模块彼此独立但信号源相同，也就说同一路信号在进入模块之前分成多路进入多个输出模块。

三，控制器的连接方式

常用的方式还有分控制器EX首尾相连方式如图3。分控制器EX上的输入模块引出一个接口P1，P1可以与主控制器H1的输出接口P3对接，或可以通过另一条线连接在一起。

分控制器EX上再引出一个输出接口P2，P2可以与分控制的输入接口P1对接，或可以通过另外一条线连接在一起。在系统采用自动编码方式时，P2中的D3信号连接在分控制器EX的输出模块上，其它线与输入接口P1中的直接一一对接。

实际施工时，各个分控制器EX的输入接口P1与前一个分控制器EX输出接口P2对接，或通过另一条线连接在一起。最前面一个分控制器EX的输入接口与主控制器H1的输出接口P3对接或通过另一条线连接在一起，最后一个分控制器的输出接口P2空置不用。

四，分控制器编号的获取

自动编码使安装更为简单快捷，但它使整个系统额外增加了一条串行信号线D3。

如有必要也可用人工设置代替自动编码，这时串行信号线D3可以省略。这时系统除了2条电源线S、S0外(当各个分控制器EX和树灯TL进行独立供电时，电源正极线S也可以不要)，只剩下D1、D2两条并行的信号线，从而降低系统的故障率。人工设置编号是通过分控制器上的编码设置模块CO进行的，如图6，编码设置模块可由一个连接在中央处理模块上的拨码开关构成，使用时只需按二进制调整拨码开关就可以得到所需的编号。

五，LED驱动模块与树灯的连接方式

一个分控制器EX可以有多个LED驱动模块，每个驱动模块在电气上相互独立(控制信号也独立)，每个LED驱动模块相当于一路由中央处理模块独立控制的开关，每个开关可以控制多组LED灯，这些LED灯组并非一定是同一个树灯上的。

所谓LED灯组是指树灯上，相对其它LED灯组能独立控制而彼此之间不能独立控制的LED的组合。例如，一个树灯上有6种不同颜色的LED，但是这6种颜色的灯全部连接在一起，要么一起亮要么一起灭，则这个树灯只有一个灯组。而当一个树灯只有一种颜色的LED，但是却可以分成6部分进行分别控制，则这个树灯有6个灯组。

六，系统的供电方案

系统的供电方案主要决定于树灯的供电情况：

1，树灯用DC3V-DC36V的低压直流供电，常用的电压有DC12V，DC24V；对于这些情况上文所述系统结构完全能胜任，但是其前提是各个树灯之间的距离短，树灯功率小，否则由于电流太大或线阻太大导致线上压降大，影响效果。而且一个电源的功率也不可能无限大。此时可以采用分开供电方案，依据具体情况可以是一个树灯配一个电源，也可以是相邻几个树灯配一个电源，但是各电源的输出负极S0一定得相连在一起，否则信号没法传输。而正极S一定不得有相通的地方，否则将使整个系统产生不可估计的后果。

2，树灯使用由市电直接整流而来的较高电压，根据各地情况一般有220V或110V两种。在这种情况下上文所述系统结构要稍作改动，为安全考虑分控制器EX与主控制器H1仍采用低压直流供电(通过S0、S)，LED驱动模块可采用如图13所示电路，其中光耦的作用是对树灯供电与分控制器供电进行隔离。当P1.1处为高电平时，Q901导通，树灯灯组相当于连接在220V或110V之间，灯亮，否则灯灭。树灯供电的整流部分如图12也可以一起安装在分控制上。

七，主控制器H1与分控制器EX中各模块实际使用的电压

主控制器H1与分控制器EX中各模块实际使用的电压与树灯TL的供电电压不存在必然的关系。它主要决定于中央处理模块中的中央处理芯片(单片机)的电压，一般有DC3.3V，DC5V等几种，而各控制器的电源模块正是将进入控制器的电压变换为所需要的电压，若使用3端稳压器进行变换则进入控制器的电压应至少高于所需电压3V。所以若使用DC5V的单片机，则补充说明的第六项树灯的供电方案，第二条所述分控制器EX与主控制器H1采用的直流低压最低应为DC8V，实际中一般使用DC12V或DC24V。

Claims

1.一种LED树灯阵列控制装置，包括至少一个LED驱动模块、中央处理模块、记忆存储模块、电源模块；LED驱动模块、记忆存储模块连接在中央处理模块上，电源模块为其它各模块提供DC3V-6V的低压直流电，其特征在于还包括输入模块，这些模块组成一个分控制器(EX)，各个分控制器通过一组线路连成一串或几串，接在由主控制器(H1)的输出模块所引出的线上，需要控制的树灯连接在分控制(EX)的LED驱动模块上；

所述的主控制器(H1)包括中央处理模块、记忆存储模块、电源模块，人机交互模块组成、至少一个输出模块；其中记忆存储模块、输出模块、人机交互模块连接在中央处理模块上，电源模块为各个模块提供DC3V-6V的低压直流电。

2.一种LED树灯阵列控制方法，其特征在于，主控制器中的中央处理模块根据预先设定的变化样式，通过输出模块向各分控制器(EX)发送数据，各分控制器(EX)通过其输入模块接收数据，并根据各自的编号由其中央处理模块进行处理，然后将结果输出到LED驱动模块，从而使连接在LED驱动模块上的树灯(TL)产生相应的变化。

3.根据权利要求1所述的一种LED树灯阵列控制装置，其特征在于，所述的分控制器(EX)上LED驱动模块可以驱动树灯上的一组或多组LED灯。

4.根据权利要求1或3所述的一种LED树灯阵列控制装置，其特征在于，所述的分控制器(EX)包括一个编码设置模块(CO)。

5.根据权利要求1或3所述的一种LED树灯阵列控制装置，其特征在于，所述的分控制器(EX)包括一个输出模块。

6.根据权利要求2所述的一种LED树灯阵列控制方法，其特征在于，所述的各分控制器(EX)的编号是通过编码设置模块(CO)进行手动设置的。

7.根据权利要求2所述的一种LED树灯阵列控制方法，其特征在于，所述的各分控制器(EX)的编号是在主控制器(H1)的控制下各分控制器(EX)进行自动编号而获得的，自动编号时主控制器(H1)以一定的频率通过2条并行信号线(D1，D2)重复发送特定数据字节，各分控制器(EX)每接收到一次数据，编号增加1，如果在此之前已收到上通过连接上一分控制器EX【对于第一个分控制器EX来说则是主控制器H1】的串行信号线(D3)发来完成编码的信息，则本分控制器(EX)完成编号并向下一分机发送完成编码信息，直到主控制器(H1)完成发送预定次数的特定数据。

8.根据权利要求2所述的一种LED树灯阵列控制方法，其特征在于，所述的树灯的实际供电电压为DC220V或DC110V。

9.根据权利要求2所述的一种LED树灯阵列控制方法，其特征在于，所述的树灯的实际供电电压为DC3V-DC36V。