CN102338342A - 内控型led数码管系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内控型LED数码管系统及其控制方法，不需要外接控制器，不需要在出厂前预先烧录每根数码管的演示控制程序，也不需要预先对每根数码管编码标识，可以在工程施工时按实际需要自由安装，用户可随时更新数码管的演示内容，系统工作时每根管既独立又能保持同步，维护时不同位置的数码管可互换使用。内控型LED数码管系统，包括电脑控制器、数据转换器和由一个以上的内控单元，电脑控制器包括有LED映射点阵数据模块和演示控制数据模块，每个内控单元包括：一组以上LED发光元件、用于驱动LED发光元件的LED驱动单元、用于控制数据通信并通过LED驱动单元来控制LED元件发光的微控制器MCU以及提供微控制器MCU用来接收和读取演示控制可识别信号的存储器。

Description

内控型LED数码管系统及其控制方法

技术领域

本发明属于LED景观与装饰照明应用技术领域，尤其涉及一种内控型LED数码管系统及其控制方法。

背景技术

常见的LED景观装饰灯有护栏管、软光条、像素灯、洗墙灯等，在景观照明和建筑物装饰方面有广泛的应用。彩色LED护栏管又称LED数码管，更已广泛应用于建筑物勾勒轮廓、桥梁道路装饰照明、RGB护栏管灯屏、全彩数码招牌等各种场合。现有的LED数码管主要采用外控型的控制方式，也有少部分采用内控型的控制方式。

外控型的LED数码管演示工作时需要外接昂贵的外部控制器，如中国专利号为200410032618.6、名称为：一种LED护栏管控制系统、公开号为：CN10118888A的专利，公开了一种控制器和作为接收单元的护栏管，使用时需要外接控制器实时将数据发送给护栏管，每根护栏管采用接力传输的方式传递数据。采用这种控制方式的护栏管，工程造价较高，安装布线亦比较复杂，并且在使用中一旦由于某根管出现故障，将导致后面所有的护栏管都不能正常工作，因而系统可靠性较差。

传统的内控型LED数码管则在出厂前，一般由厂家预先烧录每根管的演示程序和数据，并对每根管给予编码标识，客户安装时必须严格按照数码管的编码序号安装，并且不能互相替换，客户更不能再自行更新管内的演示内容。如中国专利号为200810102744.9、名称为：一种LED护栏管及其组成的LED护栏管灯屏、公开号为：CN101545596A的的专利所公开的LED护栏管，还有中国专利号为200810106015.0、名称为：具有冗余容错功能LED护栏管及其组成的灯屏、公开号为：CN101576213A的专利所公开的LED护栏管，这两种护栏管产品，由于灯体内都没有配备可重复擦写的存储器，因此使用时要么采用外接控制器的外控方式，要么必须采用内控模式，即在必须出厂前由厂家预先烧录每根管的演示控制程序，并对每根管进行编码标识，然后交由用户按预定的方案进行安装。由此可见，传统的内控型数码管有实际应用不灵活，现场安装容易混乱和维护不方便等问题，因而这两种护栏管产品都存在现有技术所固有的缺陷和不足。

发明内容

本发明的目的在于从技术上克服了传统的LED景观装饰照明应用与控制系统原有的各种缺陷和不足，提供一种内控型LED数码管系统及其控制方法，不需要外接控制器，不需要在出厂前预先烧录每根数码管的演示控制程序，也不需要预先对每根数码管编码标识，可以在工程施工时按实际需要自由安装，用户可随时更新数码管的演示内容，系统工作时每根管更可既独立又能保持同步，维护时不同位置的数码管可互换使用，因此工程造价更低，应用更灵活，运行更可靠，安装维护更方便。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

内控型LED数码管系统，包括电脑控制器、数据转换器和由一个以上的内控单元，其中：每相邻的两个内控单元按数据流向串接起来；

所述电脑控制器包括有：

LED映射点阵数据模块，用于识别客户的实际工程所采用的内控单元产品的类型、数量、排列位置和连接规律，并产生相应的LED映射点阵数据；

演示控制数据模块，用于根据客户所要求的演示效果和所述LED映射点阵数据，产生每个内控单元的演示控制数据，并传输给每个内控单元；

所述数据转换器，包括有可把从电脑控制器输出的演示控制数据转换成内控单元可识别信号的数据转换模块，所述数据转换模块与电脑控制器的数据输出口连接；

每个内控单元包括：

一组以上LED发光元件、用于驱动LED发光元件的LED驱动单元、用于控制数据通信并通过LED驱动单元来控制LED元件发光的微控制器MCU以及提供微控制器MCU用来接收和读取演示控制可识别信号的存储器；其中一组LED发光元件的微控制器MCU与所述数据转换模块的数据输出口连接。

每组LED发光元件包括红、绿、蓝三种LED光源装置中的一种或多种。

所述存储器采用电可擦除储存单元。

上述内控型LED数码管系统的控制方法，其中：电脑控制器的LED映射点阵数据模块识别客户的实际工程所采用的内控单元产品的类型、数量、排列位置和连接规律，并产生相应的LED映射点阵数据，演示控制数据模块根据客户所要求的演示效果和所述LED映射点阵数据，产生每个内控单元的演示控制数据，并传输给数据转换模块，数据转换模块把从电脑控制器输出的演示控制数据转换成内控单元可识别信号的数据转换模块发送给内控单元；内控单元接收所述可识别信号存储在存储器中，微控制器MCU接收和读取存储器中的演示控制可识别信号，通过LED驱动单元来控制LED元件发光。

从上述技术方案可以看出，本发明具有如下的有益效果：

本发明的内控型LED数码管系统及其控制方法，内控型LED数码管系统包括电脑控制器、数据转换器和由一个以上的内控单元按照数据流向连接组成，所述电脑控制器包括有LED映射点阵数据模块和演示控制数据模块，内控单元包括微控制器MCU以及提供微控制器MCU用来接收和读取演示控制可识别信号的存储器。因此，具有如下优点：

1、不需要外接较昂贵的控制器，不但简化了工程安装，也降低了总体工程造价；

2、由于内控单元都能独立工作，一个出现故障不会影响其它的工作，因此整体的系统可靠性得到提高；

3、所有的内控单元都不需要预先编码标识，并可互相替换使用，系统实行智能识别方式，极大地降低了安装和维护的复杂程度；

4、可以实现包括任意异形在内的各种复杂的排列，可产生实现包括流水、追赶、扩散、整体渐变、动画、图片、文字等各种复杂演示内容并随时更新到每一内控单元，极大地拓宽了产品的应用范围，因而产品将具备广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明内控型LED数码管系统的系统连接电路框图；

图2是本发明内控型LED数码管系统的数据流程图；

图3是本发明内控型LED数码管系统的控制方法的流程图；

图4是本发明内控型LED数码管系统应用实施例中内控单元排列连接方式示意图。

附图标记说明：

M1、电脑控制器，M2、数据转换器，M3、内控单元，M3-1、微控制器MCU，M3-2、存储器，M3-3、LED驱动单元，M3-4、LED发光元件，M3-5、输入信号线，M3-6、输出信号线。

具体实施方式

本发明公开了一种内控型LED数码管系统，包括电脑控制器、数据转换器和由一个以上的内控单元，其中：每相邻的两个内控单元按数据流向串接起来；

所述电脑控制器包括有：

LED映射点阵数据模块，用于识别客户的实际工程所采用的内控单元产品的类型、数量、排列位置和连接规律，并产生相应的LED映射点阵数据；

演示控制数据模块，用于根据客户所要求的演示效果和所述LED映射点阵数据，产生每个内控单元的演示控制数据，并传输给每个内控单元；

所述数据转换器，包括有可把从电脑控制器输出的演示控制数据转换成内控单元可识别信号的数据转换模块，所述数据转换模块与电脑控制器的数据输出口连接；

每个内控单元包括：

一组以上LED发光元件、用于驱动LED发光元件的LED驱动单元、用于控制数据通信并通过LED驱动单元来控制LED元件发光的微控制器MCU以及提供微控制器MCU用来接收和读取演示控制可识别信号的存储器；其中一组LED发光元件的微控制器MCU与所述数据转换模块的数据输出口连接。

每组LED发光元件包括红、绿、蓝三种LED光源装置中的一种或多种。

所述存储器采用电可擦除储存单元。

实施例：

以下参照图1、图4对本实施例作进一步说明：

如图1、4所示，内控型LED数码管系统，包括电脑控制器M1、数据转换器M2和至少一个内控单元M3，每个内控单元M3按照数据流向连接起来，组成LED点阵。电脑控制器M1的功能为：根据客户的实际工程所采用的内控单元产品M3的类型、数量、排列位置、连接规律，产生相应的LED映射点阵数据，再根据客户所要求的演示效果和前述LED映射点阵数据，产生每根数码管的演示控制数据，最后再传输给每个内控单元M3，每个内控单元M3接收并保存指定属于自己的演示控制数据。

数据转换器M2的功能为：把从电脑输出的信号转换成内控单元M3能识别的信号。

内控单元M3包括透光外罩和灯体，灯体内装有PCB板，PCB板上安装有：

一组以上LED发光元件M3-4，每组LED发光元件M3-4包括红、绿、蓝三种LED；

LED驱动单元M3-3，用于驱动LED发光元件；

微控制器MCUM3-1，用于控制数据通信，通过LED驱动单元来控制LED元件发光；

电可擦除储存单元M3-2，供微控制单元M3-1用来接收和读取演示控制数据。

微控制器MCU设置有输入信号线M3-5和输出信号线M3-6，从微控制器MCUM3-1的Rx脚引出一根输入信号线M3-5，从微控制器MCUM3-1的Tx脚引出一根输出信号线M3-6；第一个内控单元M3的输入信号线通过数据转换器M2与电脑控制器相连接，第二个内控单元及以后的每个内控单元的输入信号线与前一个相邻的内控单元M3的输出信号线相连接；用单线实现数据和指令的传输。可以串联连接任意多个内控单元而不会发生信号衰减。

工程安装时，将每个内控单元M3安装到工程预设的位置，并按照某种便于连接的方案，将第一个内控单元M3输入信号线通过数据转换器M2与电脑相连接，第二个及以后的每个内控单元M3的输入信号线与前个一相邻的内控单元M3的输出信号线相连接。

首次使用前，用电脑控制器M1描述每一内控单元M3的安装位置、信号连接关系，由此得到所有内控单元M3排列连接后形成的LED工程映射点阵。在此基础上，用户可利用电脑软件模拟出各种颜色流动、追赶、扩散、渐变甚至文字、图像、动画等变化效果，最终由电脑控制器M1参照LED工程映射点阵，生成每一内控单元M3的演示控制数据并传输给每个内控单元M3。

当电脑控制器M1把演示控制数据成功下载并保存到每个内控单元M3后，便可以把电脑控制器M1与内控单元M3的连接断开，以后每次上电运行时，每一内控单元M3内微控制器MCUM3-1将从存储器中读取演示控制数据，通过LED驱动单元M3-3控制LED发光元件M3-4，按照电脑控制器M1设定的效果独立进行演示了。

当用电脑控制器M1将所有的演示数据传输并保存到每一个内控单元M3后，即可断开电脑与内控单元M3的连接，以后所有的数码管都能独立演示了，如果将第一个内控单元M3指定为主控单元，该内控单元M3自动指令其它所有的内控单元M3与它同步工作，实现整体演示同步。

上述内控型LED数码管系统的控制方法，其中：电脑控制器的LED映射点阵数据模块识别客户的实际工程所采用的内控单元产品的类型、数量、排列位置和连接规律，并产生相应的LED映射点阵数据，演示控制数据模块根据客户所要求的演示效果和所述LED映射点阵数据，产生每个内控单元的演示控制数据，并传输给数据转换模块，数据转换模块把从电脑控制器输出的演示控制数据转换成内控单元可识别信号的数据转换模块发送给内控单元；内控单元接收所述可识别信号存储在存储器中，微控制器MCU接收和读取存储器中的演示控制可识别信号，通过LED驱动单元来控制LED元件发光。

通过电脑控制器指定第一个内控单元为主控制单元，主控制单元后面所连接的所有内控单元与主控制单元保持同步演示。

电脑控制器将每个内控单元的演示控制数据生成一个以上带有虚拟目标地址编号的数据包，电脑控制器把所有的数据包都通过数据转换器传输到第一个连接的内控单元，每个数据包在传递到一内控单元时虚拟目标地址编号自动减1，当数据包虚拟目标地址编号变成0时，该数据包则被当前接收到的内控单元储存，否则该数据包被传递给下一相邻内控单元，依此完成全部连接范围的内控单元之数据的传输。

所述数据包包括同步识别字符、指令码、虚拟目标地址码、数据区长度、数据等数据信息。

如图2所示，电脑控制器M1负责描述内控单元的排列和连接规律，并生成LED映射点阵，根据用户要求模拟各种演示效果和LED映射点阵数据，自动生成每个内控单元M3的演示控制数据，最后通过数据转换器M2将内控单元M3连接与电脑连接起来，将演示控制数据传输给每一内控单元M3。

LED映射点阵数据的结构，包括有内控单元M3的LED映射点阵即像素分布、信号连接关系及数据流向以及由多个内控单元M3的排列连接后形成的LED映射点阵信息。

如图3所示，上述内控型LED数码管系统的控制方法，包括新建工程、编辑新节目以及更新演示内容，具体步骤如下：

步骤一：开始；

步骤二：判断是否新建工程，如是，进入步骤三，如否，进入步骤六；

步骤三：根据LED工程实际，完成安装和连接好所有的内控单元；

步骤四：电脑控制器创建一个新的LED工程；

步骤五：电脑控制器生成LED映射点阵数据；进入步骤六；

步骤六：判断是否编辑新节目，如是，进入步骤七，如否，进入步骤九；

步骤七：电脑控制器创建新演示节目；

步骤八：电脑控制器生成节目帧数据即演示节目文件；

步骤九：各内控单元启动运行；

步骤十：电脑控制器是否需要更新演示内容，如是，进入步骤十一，如否，进入步骤十六；

步骤十一：电脑控制器打开指定的演示节目文件；

步骤十二：将某一内控单元与电脑连接；

步骤十三：电脑控制器生成相应内控单元的演示控制数据；

步骤十四：将演示控制数据传输到指定的内控单元；

步骤十五：判断是否完成所有更新内容，如是，进入步骤九，如否，进入步骤十二；

步骤十六：结束演示。

首次使用时，用户须根据LED工程实际，完成安装和连接好所有的内控单元M3，具体做法为第一个内控单元M3输入信号线(M3-5)保留用于通过数据转换器M2与电脑相连接，将第二个内控单元M3输入信号线(M3-5)与第一个内控单元M3输出信号线(M3-6)，以后的每个内控单元M3的输入信号线(M3-5)与前个一相邻的内控单元M3的输出信号线(M3-6)相连接。之后依据每一内控单元M3的安装和连接情形，用电脑控制器M1创建一个LED工程，并生成LED工程映射点阵数据，其中包含有由电脑控制器M1按照连接先后顺序自动给每一内控单元M3所编的一个虚拟地址编码；再根据实际需要，用用电脑控制器M1制作和模拟出符合要求演示效果比如各种颜色流动、追赶、扩散、渐变甚至文字、图像、动画等，保存后得到节目帧数据即演示节目文件。当需要更新内控单元M3的演示内容时，可将第一个内控单元M3与电脑连接或者从中间任一个内控单元M3先断开与前面连接，再与电脑连接，使用后再恢复原来的连接，运行电脑控制器M1，选定并打开一个演示节目文件，设置好虚拟的连接地址、指定接收内控单元M3的数目等参数，电脑控制器M1将根据前面生成的LED工程映射点阵，自动生成本次指定范围内每一内控单元M3的若干个演示控制数据包，通过数据转换器(M2)传输给第一个内控单元M3，第一个内控单元M3接收并识别处理，将属于自己的演示控制数据包保存到存储器M3-2中，将指定不属于自己的演示控制数据包从输出信号线输出给相邻的第二个内控单元M3。第二个以及后面所有相连接的内控单元M3都按照同样的办法处理，以此可单线实现演示控制数据从电脑控制器M1到内控单元M3的传输。

为了方便于实现数据包从电脑到每个内控单元M3的传输，系统特别定义了虚拟地址编码传输控制协议，依据此协议传输数据或指令时，电脑控制器M1根据每一内控单元M3的先后连接关系，自动将每个内控单元M3所需演示控制数据生成若干带有虚拟目标地址编号信息的数据包，每一个数据包由同步识别字符、指令码、虚拟目标地址码、数据区长度、数据等五个部分组成，电脑控制器M1把所有的数据包都先发到第一个内控单元M3，再依次传递给后面相邻的内控单元M3，每个数据包在传递到每一内控单元M3时虚拟目标地址编号自动减1，当某个数据包虚拟目标地址编号变成0时，该数据包则被内控单元M3储存，否则就传递给下一相邻内控单元M3，因此依据此协议，每一内控单元M3都不需要预设硬地址编码，所有的演示控制数据都能由电脑控制器M1精确地传输并保存到每一个内控单元M3中。

当用电脑控制器M1将所有的演示数据传输并保存到每一个内控单元M3后，即可断开电脑与内控单元M3的连接，以后所有的数码管都能独立演示了。由于每个内控单元M3都可按照电脑控制器M1设定的数据独立运行，因此某个内控单元M3出现故障将不会影响其它的内控单元M3的正常运行。如果通过电脑控制器M1把第一内控单元M3指定为主控单元，则第一个内控单元M3将自动指令其它所有的内控单元M3与其同步运行，实现整体演示同步。

如图4所示，由于电脑控制器M1可以依赖PC机强大的数据处理能力，特别是强大的图像和多媒体处理能力，因而此新型内控LED数码管点阵控制系统，可以实现内控单元M3的按照任意方式的排列，可以表现包括流水、追赶、扩散、整体渐变、动画、图片、文字等各种复杂的演示内容。

上述所列具体实现方式为非限制性的，即本发明所公布的技术方法不仅仅适用于内控LED数码管，对本领域的技术人员来说，在不偏离本发明所用技术方法的范围内，进行的各种改进和变化，均属于本发明的保护范围。例如，内控型洗墙灯、内控型灯条等。

Claims (10)

1.内控型LED数码管系统，包括电脑控制器、数据转换器和由一个以上的内控单元，其特征在于：每相邻的两个内控单元按数据流向串接起来；

所述电脑控制器包括有：

LED映射点阵数据模块，用于识别客户的实际工程所采用的内控单元产品的类型、数量、排列位置和连接规律，并产生相应的LED映射点阵数据；

演示控制数据模块，用于根据客户所要求的演示效果和所述LED映射点阵数据，产生每个内控单元的演示控制数据，并传输给每个内控单元；

所述数据转换器，包括有可把从电脑控制器输出的演示控制数据转换成内控单元可识别信号的数据转换模块，所述数据转换模块与电脑控制器的数据输出口连接；

每个内控单元包括：

一组以上LED发光元件、用于驱动LED发光元件的LED驱动单元、用于控制数据通信并通过LED驱动单元来控制LED元件发光的微控制器MCU以及提供微控制器MCU用来接收和读取演示控制可识别信号的存储器；其中一组LED发光元件的微控制器MCU与所述数据转换模块的数据输出口连接。

2.根据权利要求1所述的内控型LED数码管系统，其特征在于：每组所述LED发光元件包括红、绿、蓝三种LED光源装置中的一种或多种；所述存储器采用电可擦除储存单元。

3.根据权利要求1所述的内控型LED数码管系统，其特征在于：所述内控单元包括透光外罩和灯体，灯体内装有PCB板，PCB板上安装有：一组以上LED发光元件，每组LED发光元件包括红、绿、蓝三种LED、LED驱动单元、微控制器MCU和电可擦除储存单元。

4.根据权利要求2所述的内控型LED数码管系统，其特征在于：所述微控制器MCU设置有输入信号线和输出信号线，从微控制器MCU的Rx脚引出一根输入信号线，从微控制器MCU的Tx脚引出一根输出信号线；第一个内控单元的输入信号线通过数据转换器与电脑控制器相连接，第二个内控单元及以后的每个内控单元的输入信号线与前一个相邻的内控单元的输出信号线相连接；用单线实现数据和指令的传输。

5.如权利要求1至4中任何一项所述内控型LED数码管系统的控制方法，其特征在于：电脑控制器的LED映射点阵数据模块识别客户的实际工程所采用的内控单元产品的类型、数量、排列位置和连接规律，并产生相应的LED映射点阵数据，演示控制数据模块根据客户所要求的演示效果和所述LED映射点阵数据，产生每个内控单元的演示控制数据，并传输给数据转换模块，数据转换模块把从电脑控制器输出的演示控制数据转换成内控单元可识别信号的数据转换模块发送给内控单元；内控单元接收所述可识别信号存储在存储器中，微控制器MCU接收和读取存储器中的演示控制可识别信号，通过LED驱动单元来控制LED元件发光。

6.如权利要求5所述的内控型LED数码管系统的控制方法，其特征在于：所述LED映射点阵数据的结构，包括有内控单元M3的LED映射点阵即像素分布、信号连接关系及数据流向以及由多个内控单元M3的排列连接后形成的LED映射点阵信息。

7.如权利要求5所述的内控型LED数码管系统的控制方法，其特征在于：通过电脑控制器指定第一个内控单元为主控制单元，主控制单元后面所连接的所有内控单元与主控制单元保持同步演示。

8.如权利要求5所述的内控型LED数码管系统的控制方法，其特征在于：电脑控制器将每个内控单元的演示控制数据生成一个以上带有虚拟目标地址编号的数据包，电脑控制器把所有的数据包都通过数据转换器传输到第一个连接的内控单元，每个数据包在传递到一内控单元时虚拟目标地址编号自动减1，当数据包虚拟目标地址编号变成0时，该数据包则被当前接收到的内控单元储存，否则该数据包被传递给下一相邻内控单元，依此完成全部连接范围的内控单元之数据的传输。

9.如权利要求8所述的内控型LED数码管系统的控制方法，其特征在于：所述数据包包括同步识别字符、指令码、虚拟目标地址码、数据区长度、数据等数据信息。

10.如权利要求1至4中任何一项所述内控型LED数码管系统的控制方法，其特征在于：

包括新建工程、编辑新节目以及更新演示内容，具体步骤如下：

步骤一：开始；

步骤二：判断是否新建工程，如是，进入步骤三，如否，进入步骤六；

步骤三：根据LED工程实际，完成安装和连接好所有的内控单元；

步骤四：电脑控制器创建一个新的LED工程；

步骤五：电脑控制器生成LED映射点阵数据；进入步骤六；

步骤六：判断是否编辑新节目，如是，进入步骤七，如否，进入步骤九；

步骤七：电脑控制器创建新演示节目；

步骤八：电脑控制器生成节目帧数据即演示节目文件；

步骤九：各内控单元启动运行；

步骤十：电脑控制器是否需要更新演示内容，如是，进入步骤十一，如否，进入步骤十六；

步骤十一：电脑控制器打开指定的演示节目文件；

步骤十二：将某一内控单元与电脑连接；

步骤十三：电脑控制器生成相应内控单元的演示控制数据；

步骤十四：将演示控制数据传输到指定的内控单元；

步骤十五：判断是否完成所有更新内容，如是，进入步骤九，如否，进入步骤十二；

步骤十六：结束演示。

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