CN102938963A - 一种串联led灯具故障检测与容错控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED灯具领域，尤其是一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置及方法，本发明中的串联LED灯具故障检测与容错控制装置，包括控制器和多个点光源，其中控制器与点光源通过双单总线串行连接，一条用于传输控制信号，另一条用于回传故障点位置信息，两种信息通过逐跳中继传输方式实现传输。控制器安装在双单总线的起始处，点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。本发明有效克服了现有技术的不足，较好地满足了串联LED灯具的实际应用需求。

Description

一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置及方法

技术领域

本发明涉及LED灯具领域，尤其是一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置及方法。

背景技术

随着LED照明控制技术的成熟与普及，以及LED本身所具有的寿命长、光效高、无辐射和低功耗等优点，使得LED在城市各种亮化工程中越来越被广泛应用。而以总线控制为基础的各种串联LED灯具，例如各种流水灯、成像灯，已成为当今城市亮化照明的主角。以总线控制为基础的各种串联LED灯具所使用的总线类型主要包括以DMX512为典型代表的双总线和UCS1903控制芯片为代表的单总线方式。而单总线方式往往采用串行级联方式传输控制信号，即通过一根信号线完成数据的接收与解码，同时实现信号的逐级中继传输，无限级联，具有传输线路少、控制点数多、部署方便等优点，因此在各种流水灯、成像灯等灯具中被广泛采用。然而在实际使用过程中，由于单总线串行灯具的控制信号为单纯的串行中继传输，当其中某个控制点出问题时，将会导致控制信号没办法继续向后正常传输，进而造成该控制点后的所有灯具无法受控，大大影响了整个灯具的照明效果。目前，对故障的检修往往都是纯人工方式，需要耗费大量的时间和精力。因此，如何能快速地检测和定位单总线串行灯具的各控制点故障，在此基础上引入相应的容错技术使得故障点后续灯具能继续有效显示，进而使整个灯具的显示效果不受大的影响已成为目前急需解决的问题。为此，专利CN202231904U给出了一种基于单片机和三个继电器组合的控制电路，以此实现控制信号绕过故障点续传，在一定程度上实现了异常控制信号的检测和故障点的容错传输。然而该电路实现的仅仅是控制信号绕过故障点续传，对于以单灯控制为基础的成像灯等灯具来说难于实现按既定方案的控制显示效果，同时该电路也没法实现故障点的定位。另外，由于该控制电路是一种基于单片机和三个继电器组合的控制电路，实现体积较大，难于满足单灯体积受限的成像灯等灯具的需求。

发明内容

针对现有的串联LED灯具在故障检测与容错方面的不足，本发明提出了一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置及方法，有效克服了现有技术的不足，较好地满足了串联LED灯具的实际应用需求。

为了实现上述发明目的，本发明采用提出了一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置，包括控制器和多个点光源，其中控制器与点光源通过双单总线串行连接，一条用于传输控制信号，另一条用于回传故障点位置信息，两种信息通过逐跳中继传输方式实现传输。控制器安装在双单总线的起始处，点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。

在上述方案的基础上，本发明还提出了另一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置，包括控制器、多个点光源和无线检测器，其中控制器、点光源和无线检测器通过单总线串行连接，控制器安装在单总线的起始处，无线检测器安装在单总线的终止处，用于接收故障点光源的故障信息，并将故障信息以无线方式发送到控制器；点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。

在上述串联LED灯具故障检测与容错控制装置的基础上，本发明还提出了串联LED灯具故障检测与容错方法，包括以下步骤：

（1）控制器将点光源控制策略按时序发送到各点光源；

（2）学习位置：各点光源在首次接收到控制器发送过来的控制信号后，首先接收下属于自己的控制信号，然后将后续控制信号通过信号解析/中继单元转发到下一个点光源，同时根据转发的控制信号组数获取自己离尾部点光源的距离，将该距离信息保存在点光源的主控单元MCU中，作为该点光源的位置信息；

（3）LED故障检测：各点光源在接收到属于自己的控制信号后，主控单元MCU比较该控制信号与电流检测单元所检测电流信息是否吻合，如果不吻合，则认为该点光源LED故障；

（4）控制信号转发故障检测：各点光源根据主控单元MCU所采集到的信号解析/中继单元转发前后的控制信号是否一致来判断控制信号转发是否存在故障，如果不一致，则认为该点光源控制信号转发故障；

（5）容错传输：当某点光源出现控制信号转发故障或LED故障后，其主控单元MCU控制多路选择开关切断控制信号从信号解析/中继单元转发到下一个点光源的连接通路，使输入控制信号绕过信号解析/中继单元直接传送给下一个点光源，实现容错传输；

（6）故障位置回传：当某点光源出现控制信号转发故障或LED故障后，主控单元MCU进行故障回传，故障位置回传有两种方案，其一是当采用双单总线部署方案时，其主控单元MCU将该点光源的位置信息通过单总线逐级回传到控制器；其二是当采用单总线部署方案时，其主控单元MCU将连续监测本批次的控制信号传输过程，当本批次控制信号完整通过该点光源后，该主控单元MCU向单总线上发送该点光源的位置信息，当无线检测器接收到该位置信息后，通过无线方式回传到控制器；

（7）容错控制：当控制器收到某故障点光源的位置信息后，将对后续的播放策略进行修改，即删除后续策略中该点光源的控制参数，进而实现后续策略的容错控制。

进一步地，上述步骤（1）中的控制策略具体为：

CS＝(CN，{CV})

CV＝(PN，{Luminance})

其中CS为控制策略集，CN为控制策略数目，CV为控制策略，PN为被控点光源数量，Luminance为一个点光源的控制参数，即LED的亮度。

本发明的有益效果是：（1）通过在点光源中引入故障检测和容错传输机制，有效克服了串行单总线上由于某个点光源的信号中继转发故障而影响后续点光源的控制失效现象；（2）通过引入基于位置学习和故障点光源位置回传机制，使得控制器可以实现容错控制，最大限度降低了由于某个点光源故障对整个灯具的照明效果的影响；（3）通过引入有线和无线两种故障位置回传机制，方便了装置的实施部署。

附图说明

图1为本发明串联LED灯具故障检测与容错控制装置结构示意图一；

图2为本发明串联LED灯具故障检测与容错控制装置结构示意图二；

图3为本发明串联LED灯具故障检测与容错方法流程图；

图4为本发明串联LED灯具故障检测与容错控制装置故障点信息回传信号实例；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明提出的一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置包括控制器和多个点光源，控制器安装在单总线的起始处，控制器与点光源通过双单总线串行连接，其中下面一条用于传输控制信号，上面一条用于回传故障点位置信息，两种信息皆通过逐跳中继传输方式实现传输；控制器可以将既定义的各个点光源的控制策略通过控制信号传输总线发送到各点光源，而故障点光源可以将其故障位置信息通过故障信息回传总线回传给控制器。如图1所示，本发明中的点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。主控单元MCU可以同时对传入信号解析/中继单元前的控制信号和传出信号解析/中继单元后的控制信号进行采集，同时可以采集电流检测单元的反馈信息；主控单元MCU可以通过控制多路选择开关选择是将信号解析/中继单元输出的控制信号发送到下一点光源还是将传入信号解析/中继单元前的控制信号发送给下一点光源。

在此基础上可以构建另一套故障检测与容错方案，如图2所示，包括控制器、多个点光源和无线检测器，其中控制器、点光源和无线检测器通过单总线串行连接，控制器安装在单总线的起始处，中间是通过单总线串行连接的多个点光源，无线检测器安装在单总线的终止处；控制器可以将既定义的各个点光源的控制策略通过单总线发送到各点光源，而故障点光源可以将其故障信息发送给无线检测器，进而由其再将故障信息通过无线方式发送至控制器；如图2所示，本方案中的点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。主控单元MCU可以同时对传入信号解析/中继单元前的控制信号和传出信号解析/中继单元后的控制信号进行采集，同时可以采集电流检测单元的反馈信息；主控单元MCU可以通过控制多路选择开关选择是将信号解析/中继单元输出的控制信号发送到下一点光源还是将传入信号解析/中继单元前的控制信号发送给下一点光源。

在此基础上，本发明还提出了一种串联LED灯具故障检测与容错方法，其流程如图3所示，包括如下步骤：

（1）控制器根据既定的各点光源控制策略按时序发送到各点光源，如图3步骤（a1）。其中控制策略可定义如下：

CS＝(CN，{CV})

CV＝(PN，{Luminance})

其中CS为控制策略集，CN为控制策略数目，CV为控制策略，PN为被控点光源数量，Luminance为一个点光源的控制参数，即LED的亮度。

（2）当各点光源首次接受到控制信号后，进入位置学习状态，如图3步骤（a2），即其首先接受下属于自己的控制信号，然后检测通过自己中继转发的控制信号组数，所转发的控制信号组数则为该点光源距尾部点光源的距离。并将该距离信息保存在点光源的主控单元MCU中，作为该点光源的位置信息。如果不是首次接受控制信号，则不需要进入位置学习状态。

（3）当点光源接受到属于自己的控制信息后，将进行LED故障检测，如图2步骤（a3），即根据主控单元MCU所采集的进入信号解析/中继单元控制信号，与电流检测单元所检测电流信息进行判断，如果两者不吻合，例如根据所接受控制信号LED此时应该点亮，但是电流检测单元没有检测出任何电流，则认为LED故障。

（4）完成LED故障检测之后，进入控制信号转发故障检测阶段，如图3步骤（a4）。此时点光源根据主控单元MCU所采集到的信号解析/中继单元中继转发前后的控制信号是否一致来判断信号解析/中继单元中继转发是否存在故障。如果出现异常，即不一致，则表示出现了控制信号转发故障。

（5）如果点光源存在LED故障或控制信号转发故障，则点光源进入容错传输状态，如图3步骤（a5），即由主控单元MCU控制多路选择开关切断控制信号从信号解析/中继单元转发到下一个点光源的连接通路，使输入控制信号绕过信号解析/中继单元直接传送给下一个点光源，即实现容错传输。

（6）在完成容错传输之后，故障点光源将其位置回传给控制器，如图3步骤（a6）。故障位置回传有两种方案，其一是当采用图1所示的双单总线部署方案时，故障点光源的主控单元MCU将该点光源的位置信息通过回传总线逐级回传到总线起始处的控制器。其二是当采用图2所示的单总线部署方案时，故障点光源中的主控单元MCU将连续监测本批次的控制信号传输过程，当本批次控制信号完整通过该点光源后，主控单元MCU将紧随其后向单总线上发送该点光源的位置信息，如图4所示，第k个位置的故障点光源所发出的控制信号为POS_k+L_n+L_n-1…+L_k+1，其中POS_k为该点光源的位置信息，L_i为第i个点光源的控制参数，i为k+1~n。而当总线尾端的无线检测器接收到POS_k位置信息后，将通过无线方式回传到总线起始处的控制器。

（7）当控制器接收到故障点光源位置信息后，将对后续的播放策略进行修改，即删除后续策略中该位置故障点光源的控制参数。进而实现后续策略的容错控制，如图3步骤（a7）。完成本次操作后控制器继续发送下一条控制策略。

Claims (7)

1.一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置，其特征在于，包括控制器和多个点光源，所述控制器与点光源通过双单总线串行连接，控制器安装在双单总线的起始处，所述点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。

2.如权利要求1所述的串联LED灯具故障检测与容错控制装置，其特征在于，所述双单总线一条用于传输控制信号，另一条用于回传故障点位置信息，两种信息通过逐跳中继传输方式实现传输。

3.如权利要求1所述的串联LED灯具故障检测与容错方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）控制器将点光源控制策略按时序发送到各点光源；

（2）学习位置：各点光源在首次接收到控制器发送过来的控制信号后，首先接收下属于自己的控制信号，然后将后续控制信号通过信号解析/中继单元转发到下一个点光源，同时根据转发的控制信号组数获取自己离尾部点光源的距离，将该距离信息保存在点光源的主控单元MCU中，作为该点光源的位置信息；

（3）LED故障检测：各点光源在接收到属于自己的控制信号后，主控单元MCU比较该控制信号与电流检测单元所检测电流信息是否吻合，如果不吻合，则认为该点光源LED故障；

（4）控制信号转发故障检测：各点光源根据主控单元MCU所采集到的信号解析/中继单元转发前后的控制信号是否一致来判断控制信号转发是否存在故障，如果不一致，则认为该点光源控制信号转发故障；

（5）容错传输：当某点光源出现控制信号转发故障或LED故障后，其主控单元MCU控制多路选择开关切断控制信号从信号解析/中继单元转发到下一个点光源的连接通路，使输入控制信号绕过信号解析/中继单元直接传送给下一个点光源，实现容错传输；

（6）故障位置回传：当某点光源出现控制信号转发故障或LED故障后，其主控单元MCU将该点光源的位置信息通过单总线逐级回传到控制器；

（7）容错控制：当控制器收到某故障点光源的位置信息后，将对后续的播放策略进行修改，即删除后续策略中该点光源的控制参数，进而实现后续策略的容错控制。

4.如权利要求3所述的串联LED灯具故障检测与容错方法，其特征在于，所述步骤（1）中的控制策略为：

CS＝(CN，{CV})

CV＝(PN，{Luminance})

其中CS为控制策略集，CN为控制策略数目，CV为控制策略，PN为被控点光源数量，Luminance为一个点光源的控制参数，即LED的亮度。

5.一种串联LED灯具故障检测与容错控制装置，其特征在于，包括控制器、多个点光源和无线检测器，所述控制器、点光源和无线检测器通过单总线串行连接，控制器安装在单总线的起始处，无线检测器安装在单总线的终止处，用于接收故障点光源的故障信息，并将故障信息以无线方式发送到控制器；所述点光源包括主控单元MCU、信号解析/中继单元、LED驱动、电流检测单元、多路选择开关和LED。

6.如权利要求5所述的串联LED灯具故障检测与容错方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）控制器将点光源控制策略按时序发送到各点光源；

（2）学习位置：各点光源在首次接收到控制器发送过来的控制信号后，首先接收下属于自己的控制信号，然后将后续控制信号通过信号解析/中继单元转发到下一个点光源，同时根据转发的控制信号组数获取自己离尾部点光源的距离，将该距离信息保存在点光源的主控单元MCU中，作为该点光源的位置信息；

（3）LED故障检测：各点光源在接收到属于自己的控制信号后，主控单元MCU比较该控制信号与电流检测单元所检测电流信息是否吻合，如果不吻合，则认为该点光源LED故障；

（4）控制信号转发故障检测：各点光源根据主控单元MCU所采集到的信号解析/中继单元转发前后的控制信号是否一致来判断控制信号转发是否存在故障，如果不一致，则认为该点光源控制信号转发故障；

（5）容错传输：当某点光源出现控制信号转发故障或LED故障后，其主控单元MCU控制多路选择开关切断控制信号从信号解析/中继单元转发到下一个点光源的连接通路，使输入控制信号绕过信号解析/中继单元直接传送给下一个点光源，实现容错传输；

（6）故障位置回传：当某点光源出现控制信号转发故障或LED故障后，其主控单元MCU将连续监测本批次的控制信号传输过程，当本批次控制信号完整通过该点光源后，该主控单元MCU向单总线上发送该点光源的位置信息，当无线检测器接收到该位置信息后，通过无线方式回传到控制器；

（7）容错控制：当控制器收到某故障点光源的位置信息后，将对后续的播放策略进行修改，即删除后续策略中该点光源的控制参数，进而实现后续策略的容错控制。

7.如权利要求6所述的串联LED灯具故障检测与容错方法，其特征在于，所述步骤（1）中的控制策略为：

CS＝(CN，{CV})

CV＝(PN，{Luminance})

其中CS为控制策略集，CN为控制策略数目，CV为控制策略，PN为被控点光源数量，Luminance为一个点光源的控制参数，即LED的亮度。

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