CN101945516A - 智能型led灯具控制器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能型LED灯具控制器及控制方法，它设有一个并联/串联转换单元，并联/串联转换单元与解码模块相连，所有LED灯具在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时灯具的输入RS485总线和输出RS485总线是并联连接关系，即每个灯具都通过输入RS485总线和输出RS485总线并联在公用RS485总线上与DMX512信号发生器进行数据通信，当编址器对灯具编写地址码时，解码模块控制并联/串联转换单元使灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。具有以下有益效果：一个灯具出现故障不影响其他灯具，灯具安装顺序和位置可随意变更，仅在自动编址时是串行下去的，一旦地址编好后，整个的系统灯具都是占用总线并行通讯。

Description

智能型LED灯具控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及灯具控制技术领域，具体涉及一种基于DMX512协议的LED灯具控制器及其控制方法。
背景技术
传统的LED灯具的DMX512解码模块地址设定是出厂固定、现场施工拨码且现场外接编址器仅对单套灯具设定，但由于面对今天的LED灯具市场日益扩大、数量之多、灯具系统稳定、防水等级高等现状，那么之前的解码模块对地址操作方式就显得力不从心了。灯具安装好后，无论什么灯具都需要通电测试，特别是对需要控制的LED灯具还需调试，编辑效果，看他是否符合当初设计原始要求，在当今工程中用到最多的系统中还算DMX512。那么DMX512系统在工程中是如何调试呢？在整个系统中数量最多的是灯具，而每个灯具内部都有解码部分，驱动部分，输入输出部分三大主单元组成，要想对每个灯具单独的进行调光调色，那么必须有对应的物理地址，传统的LED灯具工作在SPI模式，这样无需地址，数据通过移位传输，但此类灯具已越来越多的工程中不再大量应用，因为它只要一个灯具损坏，那么串在它下面的灯具全部都不受控了，另外它传输的信号是TTL电平，这就导致了它的传输距离很近，60CM左右，而现在主推的DMX512系统是RS485总线分散式差分传输，即使一个灯具损坏不影响其他的灯具，而且灯具与灯具的传输距离很远，可以达到500米，地址是怎么输入到灯具呢？关键点就在这，现在市场上常见的有三种写址方式：1)地址固定方式：灯具在厂家生产时，假设有100条灯具，技术人员通过修改内部的程序变量，生成100个不同的HEX代码，地址1----到地址100，而后写入这100个灯具的MCU中，当然必须一一对应在灯具外壳上贴相应的地址标签。灯具出厂后，客户根据贴在外壳上的地址标签按顺序的安装。这种设计的缺点：灯具量大时，效率低下，劳动力增多，容易混淆装错，维护起来非常的不便；2)拨码方式：灯具厂家生产的灯具内部控制板上安装8位电子拨码开关，MCU的程序一样，出厂后客户根据相应的安装位置拨到对应的地址码。这种设计只适合室内的灯具，不要求防水，客户伸手就能拨动内部的开关。但是现在的LED灯具大多数都是装在户外的，要求防水效果达到IP67以上，控制部分都做在了灯具内部，不可能一个一个打开外壳来拨好开关再一个一个装上外壳，这样效率很低，局限性大，浪费了太多的劳动力。3)在线单个灯具写址方式，这种设计比前两种稍微有点优势，灯具将上位机(写址器)发过来的地址码存储在MCU自带的EEPROM中，每次上电就从EEPROM中读取地址码，工作模式是：灯具出厂时都是一样的，当客户在灯具安装之前，先将灯具写址，一次只能写一个，写好后将灯具装到对应的位置，也就是写一个灯具地址码，装一个，在操作维护时如果哪个灯有问题，必须将其拆下，修好后必须知道此灯的位置，才能将其地址码写入，这种技术的缺点：效率也比较低下，维护也不太方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够统一编址，对灯具安装顺序和位置随意变更的智能型LED灯具控制器及控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能型LED灯具控制器，包括设于灯具内部的解码模块、LED驱动部分及用于向灯具统一编写址的编址器，其特征在于：它还设有一个并联/串联转换单元，并联/串联转换单元与解码模块相连，所有LED灯具在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时灯具的输入RS485总线和输出RS485总线是并联连接关系，即每个灯具都通过输入RS485总线和输出RS485总线并联在公用RS485总线上与DMX512信号发生器进行数据通信，当编址器对灯具编写地址码时，解码模块控制并联/串联转换单元使灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。
所述解码模块由输入RS485电平转换接口、微处理器MCU、输出RS485电平转换接口组成，输入RS485总线与输入RS485电平转换接口的差分信号端(A、B)连接，输入RS485电平转换接口的数据输出端R通过连接线和微处理器MCU的数据信号接收端RXD相连，微处理器MCU通过I/O口与输出RS485电平转换接口的数据接收/发送使能端RE/DE相连，微处理器MCU的数据信号发送端TXD通过连接线与输出RS485电平转换接口的数据输入端D相连，通过输出RS485电平转换接口变为差分信号经差分信号端A、B输出。
所述的并联/串联转换单元是继电器，输出RS485电平转换接口的差分信号端A、B通过连接线与继电器的动触点③连接；输入RS485电平转换接口的差分信号端A、B通过连接线与继电器的动触点①相连，继电器的常闭静触点②直接与输出RS485总线引线端相连，继电器线圈没得电时，触点①和②是常闭状态，输入RS485总线端口和输出RS485总线端口之间是一条通过继电器触点的信号线；灯具解码模块的MCU执行命令将继电器得电后触点①和②断开，触点②和③导通，灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。
所述编址器包括微处理器MCU、显示模块、功能按键、RS485电平转换接口，MCU通过数据线分别与显示模块、功能按键相连接，MCU通过其内部的通用异步收发器UART与RS485电平转换接口的数据输入端D相连接，通过内接口芯片转换，变为差分信号经差分信号端A、B输出，当对灯具编写地址码时，编址器的RS485电平转换接口经差分信号端A、B与公用RS485总线相连。
编址器所带的一条支路上可通过信号中继放大器连接170个灯具。
一种智能型LED灯具的控制方法，其特征在于：在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时，将所有LED灯具的输入RS485总线和输出RS485总线并联连接在公用RS485总线上与DMX512信号发生器进行数据通信，灯具在编写地址码时，首先编址器的MCU发送编址命令码，所有灯具内部的MCU都收到了编址命令码，此时灯具内部的MCU执行命令控制灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联；编址器的MCU发送地址码给挂在总线上第一个灯具，当第一个灯具收到地址码后，灯具内部的MCU将前一个地址码自加1后发送给第二灯具的MCU，以此类推第三个灯具，直至最后一个灯具，当所有的灯具编好自己的地址后，灯具又都是占用总线并行通讯。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：所有灯具在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时灯具的输入RS485总线和输出RS485总线是并联连接关系，灯具在运行正常的DMX512控台发过来的数据时都是公用RS485总线，一个灯具出现故障不影响其他灯具，灯具安装顺序和位置可随意变更，仅在自动编址时是串行下去的，一旦地址编好后，整个的系统灯具都是占用总线并行通讯。主要用于广场、大楼、桥梁、河堤、大型商场、娱乐中心以及室内等场所实行集中控制调光变色。工程安装及调试的效率高，缩短了工期，节约成本，更加保证了产品的稳定性和维护性。
附图说明
图1为本发明的系统框图
图2为灯具内部电路模块
图3为编址器方框图
具体实施方式
参见图1，包括DMX512信号发生器(1)、编址器(2)及灯具(3)，由图1可知，所有灯具在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时灯具的输入RS485总线和输出RS485总线是并联连接关系，即每个灯具都通过输入RS485总线和输出RS485总线并联在公用RS485总线上与DMX512信号发生器进行数据通信，DMX512信号发生器负责发送标准的DXM信号，DMX512信号发生器可与一上位机(PC机)通信连接，组成局域网TCP/IP协议通讯，上位机主要负责配置DMX512信号发生器的工作参数并监控灯具工作状态(DMX512控制系统原理及上位机已在工程中大量应用，这里就不做详细介绍了)。将所有的灯具装好后，检查线路是否接错，如没问题，将编址器挂在前端公用RS485总线上统一对所有的灯具进行在线编址，编好后拿走编址器，换上DMX512信号发生器。
参见图2，每个灯具(3)内部包括解码模块(4)、LED驱动部分(5)、LED发光显示部分(6)和一个并联/串联转换单元(7)，并联/串联转换单元(7)与解码模块(4)相连，当编址器(2)对灯具编写地址码时，解码模块(4)控制并联/串联转换单元(7)使灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。解码模块由输入RS485电平转换接口、微处理器MCU、输出RS485电平转换接口组成，输入RS485总线与输入RS485电平转换接口的差分信号端A、B连接，输入RS485电平转换接口的数据输出端R通过连接线和微处理器MCU的数据信号接收端RXD相连，微处理器MCU通过I/O口与输出RS485电平转换接口的数据接收/发送使能端RE/DE相连，微处理器MCU的数据信号发送端TXD通过连接线与输出RS485电平转换接口的数据输入端D相连，通过输出RS485电平转换接口变为差分信号经差分信号端A、B输出，微处理器MCU通过其I/O口与LED驱动部分相连，LED驱动部分通过MOS管或专用的恒流IC直接驱动LED发光显示部分。本实施例中并联/串联转换单元是继电器，当然也可能采用其它现有技术中描写的能代替继电器的元件，输出RS485电平转换接口的差分信号端A、B通过连接线与继电器的动触点③连接；输入RS485电平转换接口的差分信号端A、B通过连接线与继电器的动触点①相连，继电器的常闭静触点②直接与输出RS485总线引线端相连。
参见图3，编址器包括微处理器MCU、显示模块、功能按键、RS485电平转换接口，MCU通过数据线分别与显示模块、功能按键相连接，MCU通过其内部的通用异步收发器UART与RS485电平转换接口的数据输入端D相连接，通过内接口芯片转换，变为差分信号经差分信号端A、B输出。编址器说明：当功能键按下进入写址模式时，编址器的MCU发送的数据帧格式为0x55(命令码)、0x01(地址码，数据范围0x01到0xAA)、0x360x66(校验码)这些数据分时复用总线通过RS485接口芯片输出；编址器所带的一条支路上可通过信号中继放大器连接170个灯具，也就是编制顺序是从1编到170的。
当对灯具编写地址码时，编址器的RS485电平转换接口经差分信号端A、B与公用RS485总线相连，继电器线圈没得电时，触点①和②是常闭状态，也就是输入RS485总线端口和输出RS485总线端口之间其实是一条通过继电器触点的信号线；灯具在编写地址码时，首先编址器的MCU发送编址命令码(0x55)，输入RS485电平转换接口通过接口芯片的内部转换变为CMOS电平，且从接口芯片的数据输出端R输出，由于灯具在非写址时输入和输出RS485总线都是并联相接的，那么所有灯具的MCU都收到了编址命令码(0x55)，此时灯具解码模块中的MCU执行命令使继电器得电后触点①和②断开，触点②和③导通，灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联(一进一出)；编址器的MCU发送地址码(0x01)和校验码(0x36+0x66＝0x9c)给挂在总线上第一个灯具；如地址码0x01，当第一个灯具收到地址码0x01后，此第一个灯具解码模块的MCU将输出RS485电平转换接口的控制脚(发送使能端DE)变成高电平，处于发送状态，且灯具内部的MCU将前一个地址码自加1后发送给第二灯具的MCU，发完后输出RS485电平转换接口的控制脚(接收使能端RE)变成低电平(平时都是低电平，为保证信号干扰造成误发)，以此类推第三个灯具、第四个灯具、第五个灯具等到最后一个灯具，当所有的灯具编好自己的地址后，LED发光管亮的颜色与编址之前的颜色相反，说明地址已成功写入。编好地址后拿走编址器，换上DMX512信号发生器，整个的系统灯具又都是占用总线并行通讯。
灯具内部的MCU接收到DMX512信号发生器发过来的数据之后，MCU内部程序处理，通过软件模拟PWM信号直接驱动CMOS管或三极管来达到调光效果，RGB亮度等级可调1--256；可实现16777216种真彩变化，无抖动现象。
所有的通讯都是采用UART半双工RS485通讯，编址时和正常跑DMX512信号时波特率为250KBPS，RS485总线为分散式异步传输，传输距离远，可达到500米，DMX512协议是标准的灯具采用分时复用的方法处理数据，互不干扰；灯具在运行正常的DMX512控台发过来的数据时都是公用RS485总线，一个灯具出现故障不影响其他灯具，仅在自动编址时是串行下去的，一旦地址编好后，整个的系统灯具都是占用总线并行通讯。

Claims (7)

1.一种智能型LED灯具控制器，包括设于灯具内部的解码模块、LED驱动部分及用于向灯具统一编写址的编址器，其特征在于：它还设有一个并联/串联转换单元，并联/串联转换单元与解码模块相连，所有LED灯具在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时灯具的输入RS485总线和输出RS485总线是并联连接关系，即每个灯具都通过输入RS485总线和输出RS485总线并联在公用RS485总线上与DMX512信号发生器进行数据通信，当编址器对灯具编写地址码时，解码模块控制并联/串联转换单元使灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。
2.如权利要求1所述的一种智能型LED灯具控制器，其特征在于：所述解码模块由输入RS485电平转换接口、微处理器MCU、输出RS485电平转换接口组成，输入RS485总线与输入RS485电平转换接口的差分信号端(A、B)连接，输入RS485电平转换接口的数据输出端R通过连接线和微处理器MCU的数据信号接收端RXD相连，微处理器MCU通过I/O口与输出RS485电平转换接口的数据接收/发送使能端RE/DE相连，微处理器MCU的数据信号发送端TXD通过连接线与输出RS485电平转换接口的数据输入端D相连，通过输出RS485电平转换接口变为差分信号经差分信号端A、B输出。
3.如权利要求2所述的所述的一种智能型LED灯具控制器，其特征在于：所述的并联/串联转换单元是继电器，输出RS485电平转换接口的差分信号端A、B通过连接线与继电器的动触点③连接；输入RS485电平转换接口的差分信号端A、B通过连接线与继电器的动触点①相连，继电器的常闭静触点②直接与输出RS485总线引线端相连，继电器线圈没得电时，触点①和②是常闭状态，输入RS485总线端口和输出RS485总线端口之间是一条通过继电器触点的信号线；灯具解码模块的MCU执行命令将继电器得电后触点①和②断开，触点②和③导通，灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。
4.如权利要求1或2所述的一种智能型LED灯具控制器，其特征在于：所述编址器包括微处理器MCU、显示模块、功能按键、RS485电平转换接口，MCU通过数据线分别与显示模块、功能按键相连接，MCU通过其内部的通用异步收发器UART与RS485电平转换接口的数据输入端D相连接，通过内接口芯片转换，变为差分信号经差分信号端A、B输出，当对灯具编写地址码时，编址器的RS485电平转换接口经差分信号端A、B与公用RS485总线相连。
5.如权利要求3所述的一种智能型LED灯具控制器，其特征在于：编址器所带的一条支路上可通过信号中继放大器连接170个灯具。
6.一种智能型LED灯具的控制方法，其特征在于：在非编写地址码时及在正常接受DMX512信号发生器发过来的数据时，将所有LED灯具的输入RS485总线和输出RS485总线并联连接在公用RS485总线上与DMX512信号发生器进行数据通信，灯具在编写地址码时，首先编址器的MCU发送编址命令码，所有灯具内部的MCU都收到了编址命令码，此时灯具内部的MCU执行命令控制灯具中并联的输入和输出RS485总线变成串联；编址器的MCU发送地址码给挂在总线上第一个灯具，当第一个灯具收到地址码后，灯具内部的MCU将前一个地址码自加1后发送给第二灯具的MCU，以此类推第三个灯具，直至最后一个灯具，当所有的灯具编好自己的地址后，灯具又都是占用总线并行通讯。
7.如权利要求6所述的一种智能型LED灯具的控制方法，其特征在于：灯具内部的MCU执行命令控制一继电器，使继电器线圈没得电时，输入RS485总线端口和输出RS485总线端口之间是一条通过继电器常闭触点的信号线；并控制继电器得电后并联的输入和输出RS485总线变成串联连接。
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