CN102028390A - Led网阵圣诞树 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种LED网阵圣诞树，行选择控制器相连有多行共同组成LED网阵圣诞树的LED灯串，信号处理控制器将播放内容转化为行选择控制器对应各行LED灯串的控制信号，这样，即可实现根据控制信号对各行LED灯串的LED节点结构进行单点独立显示控制，从而实现由LED灯串组成的LED网阵具有复杂的显示效果，满足了用户的多样性需求。

Description

LED网阵圣诞树

技术领域

本发明涉及LED领域，尤其涉及一种LED网阵圣诞树。 

背景技术

随着发光二级管（Light Emitting Diode，LED）的广泛应用，人们用它制成了许许多多各种各样的产品。在LED景观中，经常会用到单色或彩色的LED灯串，这些LED灯串只能实现通电常亮，并且只能实现整体的颜色变化，这样的LED灯串无法显示复杂的文字、图像或视频，显示效果比较单调。 

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种LED网阵圣诞树，可实现对各行LED灯串的单点控制，使得每个LED灯串上的LED节点结构能单独变换颜色，以使LED灯串具有复杂的显示效果，满足用户的多样性需求。 

为解决上述技术问题，提供了一种LED网阵圣诞树，包括排列成圣诞树造型的LED灯串、与所述LED灯串相连的行选择控制器，以及与所述行选择控制器相连的、用于将播放内容转化为所述行选择控制器对应各行LED灯串的控制信号进行播放的信号处理控制器。 

进一步地，所述LED灯串包括电源线、信号线，以及通过所述电源线、信号线依次相连的若干LED节点结构，所述LED节点结构包括电路板、设置于所述电路板上的LED及具有独立地址的驱动芯片，所述驱动芯片包括与LED连接的LED驱动引脚以及与所述信号线相连的信号引脚。 

进一步地，所述电路板外注塑成型一外壳，所述外壳远离电源线两端设置有用于在LED节点结构间连接固定的灯珠线扣环。 

进一步地，所述信号处理控制器包括： 

用于存储所述播放内容的存储模块；

用于对所述播放内容的播放进行定时或实时控制的实时时钟模块；

用于将所述播放内容转化所得的所述控制信号输出到所述行选择控制器的第一输出模块；

第一电源模块；

分别与所述存储模块、实时时钟模块、第一输出模块及第一电源模块相连的主MCU模块。

进一步地，所述信号处理控制器还包括： 

与所述主MCU模块相连的、用于与上位机通讯以获得所述播放内容的通讯模块。

进一步地，所述通讯模块包括： 

用于与所述上位机通讯的RS485接口；

分别与所述RS485接口及主MCU模块相连的、对所述播放内容进行信号格式转换的RS485编解码模块，

所述第一输出模块包括：

与所述主MCU模块相连的、用于进行输出缓冲控制的输出缓冲模块；

分别与所述输出缓冲模块及行选择控制器相连的输出接口。

进一步地，所述存储模块为SD卡存储模块、MMC卡存储模块或USB存储模块。 

进一步地，所述行选择控制器包括： 

与所述信号处理控制器或上一级行选择控制器相连且用于接收所述控制信号的输入模块；

与下一级行选择控制器或LED灯串相连且用于发送所述控制信号的第二输出模块；

第二电源模块；

分别与所述输入模块、第二输出模块及第二电源模块相连的可编程逻辑门阵列模块。

进一步地，所述第二输出模块包括： 

分别与所述可编程逻辑门阵列模块及LED灯串相连的灯串输出模块；

分别与所述可编程逻辑门阵列模块及下一级行选择器相连的行选器输出模块。

进一步地，所述LED灯串的形状为平面网阵或锥形网阵。 

上述技术方案至少具有如下有益效果： 

通过提供一种LED网阵圣诞树，行选择控制器相连有多行共同组成LED网阵且排列成圣诞树造型的LED灯串，信号处理控制器将播放内容转化为行选择控制器对应各行LED灯串的控制信号，这样，即可实现根据控制信号对各行LED灯串的LED节点结构进行单点独立显示控制，从而实现由LED灯串组成的LED网阵具有复杂的显示效果，满足了用户的多样性需求。

附图说明

图1是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的LED控制系统的结构图。 

图2是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的信号处理控制器5的结构图。 

图3是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的行选择控制器的结构图。 

图4是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的LED灯串的结构图。 

图5是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的LED节点结构34的结构图。 

图6是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的LED节点结构34除去外壳37的结构图。 

图7是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的信号处理控制器5的控制系统软件架构图。 

图8是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的信号处理控制器5的单片机运行主程序流程图。 

图9是本发明实施例的LED网阵圣诞树中的信号处理控制器5的RS485通讯中断服务程序流程图。 

具体实施方式

本发明实施例提供了一种LED网阵圣诞树，其包括若干排列成圣诞树造型的LED灯串以及如图1所示的LED控制系统，LED控制系统包括与LED灯串1-8相连的第一行选择控制器1、与LED灯串9-16相连的第二行选择控制器2、与LED灯串17-24相连的第三行选择控制器3、与LED灯串25-32相连的第四行选择控制器4，以及与第一行选择控制器1相连的信号处理控制器5，第一行选择控制器1、第二行选择控制器2、第三行选择控制器3及第四行选择控制器4依次级联，LED灯串1-32形成圣诞树造型的锥形结构； 

如图4所示，上述LED灯串包括包裹于塑胶线套31中的电源线32、信号线33，以及通过电源线32、信号线33，以及通过电源线32、信号线33依次相连的若干LED节点结构34，LED节点结构34可如图2、图3所示，LED节点结构34包括电路板35、设置于电路板35一侧表面上的LED36，以及设置于电路板35另一侧表面上的具有独立地址的驱动芯片（图中未示出），驱动芯片包括与LED36连接的LED驱动引脚以及与信号线33相连的信号引脚。

具体地，LED36可以是红、绿、蓝三基色LED，驱动芯片包含有正负两个电源引脚、输入输出两个信号引脚以及三个分别连接LED36的LED驱动引脚；驱动芯片两侧分别连接作为信号线的数据输入线和数据输出线；在电路板35焊接好LED36及驱动芯片后，再通过电源线32将每个LED节点结构34接连焊接起来，形成LED灯串；另外，电路板35外注塑成型一外壳37，外壳37使得内部电路板35得到保护，同时让LED灯串具有美观的适于LED景观的外形；而外壳37远离电源线32两端设置有用于在LED节点结构34间连接固定的灯珠线扣环38，这样，左右方向上的LED节点结构34可通过塑胶线套31连接固定，而上下方向上的LED节点结构34可通过胶绳与灯珠线扣环38的配合进行连接固定，从而所有LED灯串通过一定形式的编排，形状可为平面网阵或锥形网阵或球形网阵等；而在LED36的相应区域通过环氧树脂封装，起到良好透光并且保护LED的效果，并且适用于户外LED景观。 

具体工作时，在接好LED灯串的电源和信号插头并通电后，驱动芯片开始工作，其通过信号引脚接收到来自控制器的串行信号，将其解码后转变成驱动电压施加在三个LED驱动引脚上，LED36则根据此驱动电压实现亮灭。 

LED灯串作为行选择控制器的输出，不同的LED灯串可串接不同数量或相同数量的LED节点结构，每个LED节点结构可包括一个LED，形成平面网阵或锥形网阵或其他形状；信号处理器5主要将播放内容（如图片或视频等）转化为行选择控制器对应各行LED灯串的控制信号进行播放，具体的，播放内容可为RGB格式数据，信号处理器5取出播放内容的每一行视频数据发送到各个行选择控制器，每个行选择控制器在收到视频数据后，取出其对应行的视频数据发送到LED灯串的驱动芯片，当每一行的视频数据发送到位后，信号处理器5会发出一个锁存信号使得LED灯串的驱动芯片产生点亮或熄灭的动作，这样，一个图片或视频的一个帧图像就会出现在由LED灯串组成的网阵上，对于视频类的播放内容，由于每个帧图像交替速度极快，从而网阵上的画面效果也以极快的速度更新，这样，人们就可以看到连续的视频效果了。 

上述信号处理控制器5可包括如图2所示的结构：作为存储模块的SD卡存储模块6、实时时钟模块7、第一输出模块8、第一电源模块9、通讯模块10以及主MCU模块11，SD卡存储模块6、实时时钟模块7、第一输出模块8、第一电源模块9、通讯模块10均与主MCU模块11相连，其中： 

通讯模块10用于与上位机（电脑等）通讯并获得播放内容，其是上位机与LED控制系统的连接模块，其在主MCU模块11的分时控制下实现信号的接收和发送，从而实现与上位机之间的通讯，通讯模块10主要可包括：

RS485接口12，其用于与上位机通讯，具体地，上位机上安装有RS485接口，通讯模块10通过RS485接口12获得上位机传递的RS485信号；

RS485编解码模块13，分别与RS485接口12及主MCU模块11相连，其主要用于对播放内容进行信号格式转换，例如将RS485信号转换为UART信号等；

SD卡存储模块6，其在主MCU11与SD卡之间建立通讯连接，其格式化为FAT16的文件系统以用于存储播放内容，播放内容可包括播放列表及图片点阵信息，当上位机需要调整播放内容时可在上位机控制界面选择“传节目”功能将播放列表及图片点阵信息更新到信号处理控制器5中的SD卡存储模块6，SD卡存储模块6可采用SPI工作模式，便于主MCU11与SD卡的数据读写；

实时时钟模块7，其用于对播放内容的播放进行定时或实时控制，其内嵌了一个RTC电路，让主MCU11可以根据当前时间来选择播放节目列表对应的图片点阵信息，便于定时和实时播放；

第一输出模块8，用于将播放内容转化所得的控制信号输出到行选择控制器1，第一输出模块8主要可包括：

输出缓冲模块14，其与主MCU11相连，用于进行输出缓冲控制，作为信号处理控制器5与行选择控制器1的连接模块，主要为保护主MCU的I/O接口和增强信号驱动能力；

输出接口15，其分别与输出缓冲模块14及行选择控制器1相连；

第一电源模块9主要包括第一电源接口16及第一3V/5V电源系统17，第一电源接口16包括5V直流输入接口和5V直流输出接口，第一3V/5V电源系统17将5V直流转换成3.3V提供给主MCU模块11、SD卡存储模块6、第一输出模块8等，5V直流输出接口直接提供5V提供给行选择控制器1；

主MCU11为信号处理控制器5的核心，采用单片机或其他控制器来实现。

上述信号处理控制器5可包含如图7所示的控制系统软件架构，其分为管理层、应用层及基础层，其中： 

管理层涉及FAT16文件管理系统、均与FAT16文件管理系统交互的播放列表读取程序及模式存取目录管理程序等；应用层涉及单片机中断服务、RS485通讯协议、与FAT16文件管理系统交互的SD卡读写程序及LED驱动显示程序等；基础层涉及单片机I/O初始化、单片机基本功能初始化、与RS485通讯协议交互的RS485通讯接口及分别与SD卡读写程序、LED驱动显示程序交互的外设硬件接口等。

信号处理控制器5的单片机运行主程序可分为如图8所示的步骤： 

801，初始化，具体地，可初始化主MCU11时钟控制寄存器、I/O接口、内部模块功能（CSI接口、UART接口、Timmer功能、中断功能等）、SD卡（使其进入SPI传输模式）、函数功能寄存器及总中断等；

802，读取SD卡基本信息，具体地，获取SD卡的DBR信息，查询CONFIG（配置）、MODEDATA（模式数据）及PLAYLIST（播放列表）三个文件夹是否存在，并保存这三个文件夹的逻辑地址，然后根据配置文件给程序配置LED网阵信息（如行选择控制器个数、LED灯串总数等）；

803，循环播放模式列表中各个模式，具体地，当有20个模式列表时，每个模式列表可设置最大保存168个模式播放信息，并可采用FAT16文件管理系统读取模式列表和模式数据文件。

信号处理控制器5所涉及的RS485通讯中断服务程序主要包括如图9所示的流程： 

901，初始化，具体地，关闭所有中断并屏蔽INP4中断，设置中断低等级，实现中断嵌套；

902，接收数据；

903，判断902所接收的数据是否为0xF0，若是则执行904，否则结束；

904，返回连接正常数据，即返回通讯正常的信息（0x00）给上位机；

905，继续接收下一数据；

906，根据905所接收的数据进行通讯功能选择，例如，如果数据为01则修改波特率，如果数据为02则进行时间同步，如果数据为06则传输模式播放指令，如果数据为13则读取SD卡CSD信息；

907，继续接收下一数据；

908，判断907所接收的数据是否为0xFA，若是，则执行909，否则执行910；

909，返回连接正常数据，即返回通讯正常的信息（0x00）给上位机；

910，返回连接超时数据0x84并结束。

而上述行选择控制器1-4可包括如图3所示的结构：输入模块18、第二输出模块、第二电源模块20以及可编程逻辑门阵列模块21，输入模块18、第二输出模块、第二电源模块20均与可编程逻辑门阵列模块21相连，其中： 

输入模块18，其与信号处理控制器5或上一级行选择控制器相连，用于直接接收信号处理控制器5的控制信号或者通过上一级行选择控制器转发的控制信号，输入模块18可包括输入接口22及输入缓冲器23，主要为保护可编程逻辑门阵列模块21的I/O接口和输入信号整形；

第二输出模块与下一级行选择控制器或LED灯串相连，用于发送控制信号到下一级行选择控制器或LED灯串，具体地，第二输出模块19可包括：

灯串输出模块19，其分别与可编程逻辑门阵列模块21及LED灯串相连，该灯串输出模块19中可包括灯串输出接口24及灯串输出缓冲模块25，灯串输出缓冲模块25主要为保护主MCU11的I/O接口和增强信号驱动能力；

行选器输出模块26，其分别与可编程逻辑门阵列模块21及下一级行选择器相连，其主要可包括行选器输出接口27及行选器输出缓冲模块28，行选器输出缓冲模块28主要为保护可编程逻辑门阵列模块21的I/O接口和输出信号整形以及增强信号驱动能力；

第二电源模块20主要包括第二电源接口29及第二3V/5V电源系统30，第二电源接口29包括5V直流输入接口和5V直流输出接口，第二3V/5V电源系统17将5V直流转换成3.3V和1.2V提供给可编程逻辑门阵列模块21、输入模块18、第二输出模块等，5V直流输出接口直接提供5V提供给下一级行选择控制器；

可编程逻辑门阵列模块21为行选择控制器的核心，其接收信号处理控制器5或上一级行选择控制器的信号，并通过内部的逻辑运算，得到本机需要的LED灯串的控制数据，发送到灯串输出模块19，从而驱动LED灯串的每个LED节点结构点亮或熄灭，并可将数据通过行选器输出模块26传输给下一级行选择控制器。

可编程逻辑门阵列模块21的信号处理流程可如下所示： 

上电后，可编程逻辑门阵列模块21初始化；检测片选信号是否为高，若是则判断片选为高、器件时钟信号是否有跳变，若有时钟跳变，则进入ID码编写功能（在接收完一个byte后检测片选信号是否仍为高，若是则再接收一个byte，并把刚接收到的一个byte传送到下一级行选择控制器），否则进入图片点阵数据传输功能；在图片点阵数据传输功能下，行选择控制器并行处理发送和接收数据，将接收到的第一字节与本机的ID码比对判断是否相符，若是则保存本机数据，转换数据格式并等待锁存信号为高时将数据发送到LED灯串上，若与本机的ID码不相符，则不接收该数据，重复上述流程。

需要说明的是： 

1、图4示出的本发明实施例的LED灯珠仅包含2个LED节点结构34，当然，在具体实现时可包含多个LED节点结构34，如3个6个、9个等等；

2、在接口数量满足的条件下，每个行选择控制器均可直接与信号处理控制器相连，从而不需要行选择控制器依次级联；

3、根据网阵所要求形状不同，每个行选择控制器所连LED灯串数量可相同或不同；

4、由于LED灯串可弯曲成不同形状，因此所形成网阵可不仅限于上述平面网阵或锥形网阵（如圣诞树造型）；

5、SD卡存储模块还可以用其他存储模块替代，如MMC卡存储模块或USB存储模块等；

6、通讯模块为可选模块，当不需要通过上位机进行播放内容更新时，可只通过SD卡进行播放内容的更新与存储。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。 

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1. 一种LED网阵圣诞树，其特征在于，包括排列成圣诞树造型的LED灯串、与所述LED灯串相连的行选择控制器，以及与所述行选择控制器相连的、用于将播放内容转化为所述行选择控制器对应各行LED灯串的控制信号进行播放的信号处理控制器。

2. 如权利要求1所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述LED灯串包括电源线、信号线，以及通过所述电源线、信号线依次相连的若干LED节点结构，所述LED节点结构包括电路板、设置于所述电路板上的LED及具有独立地址的驱动芯片，所述驱动芯片包括与LED连接的LED驱动引脚以及与所述信号线相连的信号引脚。

3. 如权利要求2所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述电路板外注塑成型一外壳，所述外壳远离电源线两端设置有用于在LED节点结构间连接固定的灯珠线扣环。

4. 如权利要求1所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述信号处理控制器包括：

用于存储所述播放内容的存储模块；

用于对所述播放内容的播放进行定时或实时控制的实时时钟模块；

用于将所述播放内容转化所得的所述控制信号输出到所述行选择控制器的第一输出模块；

第一电源模块；

分别与所述存储模块、实时时钟模块、第一输出模块及第一电源模块相连的主MCU模块。

5. 如权利要求4所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述信号处理控制器还包括：

与所述主MCU模块相连的、用于与上位机通讯以获得所述播放内容的通讯模块。

6. 如权利要求5所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述通讯模块包括：

用于与所述上位机通讯的RS485接口；

分别与所述RS485接口及主MCU模块相连的、对所述播放内容进行信号格式转换的RS485编解码模块，

所述第一输出模块包括：

与所述主MCU模块相连的、用于进行输出缓冲控制的输出缓冲模块；

分别与所述输出缓冲模块及行选择控制器相连的输出接口。

7. 如权利要求4至6中任一项所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述存储模块为SD卡存储模块、MMC卡存储模块或USB存储模块。

8. 如权利要求1所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述行选择控制器包括：

与所述信号处理控制器或上一级行选择控制器相连且用于接收所述控制信号的输入模块；

与下一级行选择控制器或LED灯串相连且用于发送所述控制信号的第二输出模块；

第二电源模块；

分别与所述输入模块、第二输出模块及第二电源模块相连的可编程逻辑门阵列模块。

9. 如权利要求8所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述第二输出模块包括：

分别与所述可编程逻辑门阵列模块及LED灯串相连的灯串输出模块；

分别与所述可编程逻辑门阵列模块及下一级行选择器相连的行选器输出模块。

10. 如权利要求1所述的LED网阵圣诞树，其特征在于，所述LED灯串的形状为平面网阵或锥形网阵。

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