CN103491667A - 照明灯具 - Google Patents
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Abstract
一种照明灯具特征在于，可见光半导体发光元件发出照明光或照明载波数字通信信号光；驱动电路给可见光半导体发光元件提供照明电流或照明载波数字通信电流；光电转换元件把接收到的光信号转换成电信号；解调模块从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端；微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；微处理器控制数字信号调制照明载波信号；微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字信号数据。
Description
技术领域
照明灯具，尤其是半导体照明灯具，例如，半导体路灯，半导体庭院灯等，所使用的开关是有线开关，所使用的灯光控制器是有线灯光控制器，开关或灯光控制器通过电线连接到照明灯具，控制照明灯具的开启或关断或调节灯光亮度。还有些照明灯具是使用电力线载波通信的方式控制照明灯具，或与照明灯具通信。还有些照明灯具是使用无线电射频通信方式控制照明灯具，或与照明灯具通信。
背景技术
光线数字通信的原理就像家庭用的电视机的红外光遥控器，红外光遥控器上有一个红外光发射管，有红外光发射管驱动电路；电视机的正面有一个光电转换元件(或称红外遥控接收器或红外接收头)，光电转换元件连接解调模块。电视机能够接收红外光遥控器发送来的红外光数字通信控制信号，例如调台或调声信号等。不同处是，电视机只接收遥控器发送来的数据，不发出红外光数据。电视机的红外光遥控器只发出数据，不接收红外光数据。电视机的红外光遥控器发出的数据是红外光数据，不是可见光。电视机的红外光遥控器发出的数据光不能用于照明。
发明内容
本发明的目的是，照明灯具中的可见光半导体发光元件发出的光，用于照明，或用于照明载波数字通信。照明灯具中的可见光半导体发光元件和驱动电路同时用于照明和数字通信。
为了解决上述任务，本发明采用的技术方案是：
一种照明灯具，其特征在于，可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据。所述驱动电路由门电路和三极管组成；门电路的输入端是所述驱动电路的输入端，门电路的输出端连接三极管的输入端，三极管的输出端是所述驱动电路的输出端。所述可见光半导体发光元件在数字1期间发出一种照明载波频率的光，所述可见光半导体发光元件在数字0期间发出另一种照明载波频率的光。所述微处理器的至少一种频率载波信号输出口连接所述驱动电路的输入端，所述微处理器的数字信号输出口连接所述驱动电路的另一个输入端；所述驱动电路的输出端输出被数字信号调制了的照明载波信号。所述微处理器的一种频率载波信号输出口连接所述驱动电路的第一个输入端，所述微处理器的数字信号输出口连接所述驱动电路的第二个输入端，所述微处理器的数字信号输出口还连接反向器的输入端，反向器的输出端连接所述驱动电路的第三个输入端，所述微处理器的另一种频率载波信号输出口连接所述驱动电路的第四个输入端；所述驱动电路的输出端输出被数字信号调制了的数字1是一种频率而数字0是另一种频率的照明载波信号。两盏以上的所述照明灯具组成一条光线数字通信的数据流管道。所述照明灯具通过通信接口连接外部设备。
一种照明灯具，其特征在于，可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据；微处理器的至少一种频率载波信号输出口连接驱动电路的输入端，微处理器的数字信号输出口连接驱动电路的另一个输入端。
一种照明灯具，其特征在于，可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据；可见光半导体发光元件在数字1期间发出一种照明载波频率的光，可见光半导体发光元件在数字0期间发出另一种照明载波频率的光。
一种照明灯具，其特征在于，可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据；两盏以上的所述照明灯具组成一条光线数字通信的数据流管道。
附图说明
图1是本发明的照明灯具的电路模块示意图；
图2是微处理器连接驱动电路连接可见光半导体发光元件的示意图；
图3是载波数字信号和数字信号的示意图；
图4是微处理器连接驱动电路连接可见光半导体发光元件的示意图；
图5是放大电路的示意图；
图6是微处理器连接驱动电路连接可见光半导体发光元件及载波信号和数字信号的示意图；
图7是微处理器连接驱动电路连接可见光半导体发光元件的示意图；
图8是载波数字信号和数字信号的示意图；
图9是光线遥控接收器的功能模块示意图；
图10是光电转换元件连接解调模块连接微处理器的示意图；
图11本发明实施例中半导体路灯的示意图；
图12本发明实施例中半导体路灯连接外部设备的示意图；
图13本发明实施例中照明灯具组成一条光线数字通信的数据流管道的示意图；
图14带通滤波器的示意图；
图15带通滤波器的示意图；
图16带通滤波器的示意图；
图17带通滤波器的增益与频率特性曲线示意图；
图18低通滤波器的示意图；
图19低通滤波器的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例1：
本实施例是以LED路灯为例，LED路灯有灯杆，有外壳，有电源。照明灯具是LED路灯。可见光半导体发光元件是LED路灯上的LED灯。公共端是电路的公共端称为地线(GND)。
可见光半导体发光元件包括：发光二级管LED(Light Emitting Diode)灯、高功率LED灯、半导体灯、固态照明(SSL)、蓝光磷光(OLED)。
LED灯发出可见光照明光。LED路灯是通过调节流经LED灯的正向脉冲电流的占空比(Duty Cycle)的方式来调节LED灯的亮度(即LED灯的照明光照强度)。LED路灯是通过脉冲宽度调节方式(Pulse Width Modulator)(PWM)来调节LED灯的亮度。通过调整照明信号的占空比来调整LED灯发出预定的照明光照强度。只有在LED路灯全亮时流经LED灯的电流才是连续电流。微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的照明光照强度。LED路灯大部分时间都是工作在非全亮状态(例如30％或50％亮度)，这时流经LED灯的电流是脉冲电流。脉冲电流使LED灯发出照明光。用已有的照明脉冲信号作为数字通信的载波信号。很多种微处理器或单片机都有PWM通道(Two PWMChannels)，都有PWM定时器/计数器(8-bit Timer/Counter0with PWM)，都可以工作在PWM模式(PWM Mode)，请参考微处理器应用书、单片机应用书、单片机规格书。
微处理器或单片机(Processor)用数字信号调制载波信号。微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号。载波信号是照明脉冲信号。当要输出数字1时微处理器在输出口输出照明载波信号。照明载波信号通过驱动电路驱动LED灯，使有照明载波电流流经LED灯，LED灯发光。载波脉冲电流使LED灯发光。当要输出数字0时微处理器在输出口输出0电压，无照明载波电流流经LED灯，LED灯不发光。这样微处理器就把数字通信信号调制在照明载波信号上了。微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号。LED灯发出数字通信信号光。微处理器的输出口用有照明载波信号输出或无照明载波信号输出的方式发出数字通信信号。LED灯发出的数字通信光可以用于照明。用数字信号调制载波信号时，有很多种编码方式可以选择，例如，脉冲宽度编码方式，数字1时脉冲宽度较宽，数字0时脉冲宽度较窄；脉冲距离编码方式，数字1时脉冲距离较近，数字0时脉冲距离较远。微处理器输出脉冲宽度调节方式(PWM)的照明载波信号。微处理器输出脉冲宽度调节方式(PWM)的载波信号，使微处理器通过光线遥控接收器或解调器接收到最理想的数字通信信号。例如，微处理器输出脉冲宽度调节方式(PWM)的载波信号的占空比设置为1/3，使光线遥控接收器或解调器接收到最强的数字通信载波信号，使光线遥控接收器或解调器输出最理想的数字信号波形。根据LED路灯使用的LED灯的功率选择适当的脉冲宽度调节方式(PWM)的载波信号的占空比，使光线遥控接收器或解调器接收到最强的数字通信载波信号，使光线遥控接收器或解调器输出最理想的数字信号波形。
还可以使用两种不同的载波频率。当要输出数字1时微处理器在输出口输出一种频率的照明载波信号，这一种频率的照明载波信号使LED灯发光。当要输出数字0时微处理器在输出口输出另一种频率的照明载波信号，这另一种频率的照明载波信号使LED灯发光。LED灯在数字1期间发出一种照明载波频率的光，LED灯在数字0期间发出另一种照明载波频率的光。这样微处理器就把数字通信信号调制在照明载波信号上了。这样可以避免数字0期间LED灯熄灭的间隙，避免LED灯闪烁。
驱动电路把微处理器输出的电压信号转换成功率信号(即电流信号)驱动LED灯。驱动电路把微处理器输出的照明电压信号和数字通信电压信号转换成功率信号驱动LED灯。驱动电路是LED灯的驱动电路。驱动电路是三极管。驱动电路是MOSFET。驱动电路由门电路和MOSFET组成。微处理器的输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接LED灯。驱动电路的公共端接地。
LED灯同时用于照明和数字通信。驱动电路同时用于照明和数字通信。用照明LED灯和照明驱动电路进行数字通信。
接收LED路灯发出的数字通信信号是使用光电转换元件和解调模块。光电转换元件把LED灯发出的光信号转换成电信号。解调模块把从光电转换元件输入的电信号经由放大电路，带通滤波器，低通滤波器，限幅放大电路，把调制在载波信号上的数字信号还原成数字信号。放大电路把载波信号放大。带通滤波器只允许预定频率的载波信号通过，过滤掉其它频率的干扰信号。低通滤波器只允许数字通信信号(低频)通过，过滤掉载波频率信号(高频)，把数字信号从载波信号中分离出来。限幅放大电路把数字通信信号限幅(即整形)，把数字通信信号限幅在TTL电平或COMS电平。从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号。光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口。微处理器的输入口检测到高电平时则是数字信号1，微处理器的输入口检测到低电平时则是数字信号0。本路灯的微处理器就接收到了其它LED路灯发送来的数字通信信号。微处理器就接收到了其它装置发送来的数字通信信号光中的数据。微处理器从解调模块输出的信号中读取其它装置发送来的数字通信信号数据。微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据。
要从一种频率的载波信号中提取数字通信信号要选择对应频率的带通滤波器。
光电转换元件可以是：光敏元件，光敏电阻，光电二极管，光电接收管，光伏元件(Photovoltaic Solar Panels)，红外接收管，红外遥控接收器(IR Receiver Module)，红外接收头(Infrared Remote Control Receiver)。光电转换元件把接收到的光信号转换成电信号。
一盏照明灯具的光通量大于260(lm)。照明灯具中可以由多颗LED灯串联或并联组成。一盏照明灯具总的光通量(Luminous Flux)大于260流明(lm)。
照明灯具的辐射功率(Radiant Power)大于90(mW)。
把两盏以上的LED路灯通过光线数字通信信号级联起来组成一条数字通信的数据流管道。把两盏以上的LED路灯通过照明光线数字通信信号级联起来组成一条数字通信的数据流管道。一盏LED路灯把光线数字通信信号发送给另一盏LED路灯。另一盏LED路灯再把光线数字通信信号发送给再另一盏LED路灯。组成一条光线数字通信的线路(即管道)。
光线数字通信信号可以用于：设置LED路灯亮度，开关LED路灯，设置LED灯的工作模式。光线数字通信信号可以用于：传输LED路灯所在的工作模式，传输LED路灯的工作电压，工作电流，工作温度。
每一盏LED路灯有自己唯一的地址(数字地址)，每一盏LED路灯有自己的ID码。光线数字通信信号可以用于：设置某一盏LED路灯亮度，开关某一盏LED路灯，设置某一盏LED灯的工作模式。光线数字通信信号可以用于：传输某一盏LED路灯所在的工作模式，传输某一盏LED路灯的工作电压，工作电流，工作温度。
光线数字通信数据流管道可以用于传输气象信息，水位信息，噪声信息等。光线数字通信数据流管道用于把数据从管道一端传输到管道的另一端。例如，管道的一端是第一盏LED路灯，管道的另一端是第N盏LED路灯。
照明灯具中的微处理器能够通过接口连接键盘、旋钮或开关。键盘或旋钮用于调节LED灯的亮度。开关用于开启或关断LED灯。微处理器的接口可以是数字通信接口。例如串行通信接口USART、UART、SPI、IIC、USB、并行口等。微处理器的接口可以是模拟信号接口。例如模拟比较器接口或模数转换器(ADC)接口。
照明灯具中的微处理器能够通过接口连接显示器，例如LCD显示屏。显示器用于显示微处理器输入或输出的指令或数据。
照明灯具中的微处理器能够通过接口连接计算机系统。照明灯具中的微处理器能够通过接口连接噪声检测仪、水位检测仪或监控设备。
照明灯具连接外部设备。键盘、旋钮、开关、显示器、计算机系统、噪声检测仪、水位检测仪、气象设备、或监控设备都是外部设备。
光线遥控器能够与照明灯具进行光线数字信号通信。光线遥控器是可见光遥控器。光线遥控器是红外光遥控器。LED灯发出的可见照明光中含有红外光成分含有红外光色谱，所以红外光遥控器能够接收LED灯发出的可见照明光数字通信信号。光电转换元件能够接收红外遥控器发出的红外光数字通信信号。光电转换元件能够把接收到的红外光转换成电信号。红外光色谱中含有可见光成分。红外光中含有可见光成分。光电转换元件能够把接收到的可见光转换成电信号。
LED路灯还可以是太阳能路灯，有太阳能板(Photovoltaic Solar Panels)。LED路灯还可以有蓄电池或锂电池，蓄电池或锂电池给LED灯供电。
本说明书中的内容是一个整体。
本发明的实施例2：
本实施例不重复说明与实施例1相同的内容，本说明书中的内容是一个整体，请先阅读实施例1。
如图1所示，虚线框100是控制器。微处理器160的一个输出口(P10)连接驱动电路170的输入端(IN)，接驱动电路170的输出端(OUT)连接LED灯500的负极，LED灯500的正极连接电源(VDD)，驱动电路170的公共端(COM)连接地线(即电路的公共端)。微处理器160是单片机。LED灯500是可见光半导体发光元件是LED路灯的发出照明光的元件。LED灯500是一颗LED，或是由多颗LED的串联或并联连接组成。电源(VDD)是LED灯的驱动电源。电源(VDD)是恒流源或是恒压源。例如，电源(VDD)是700mA恒流源。市场上有各种恒流源或恒压源模块或芯片出售，有各种LED驱动电源出售。
光电转换元件600的负极连接解调器150的输入端(IN)，解调器150的输出端(OUT)连接微处理器160的一个输入口(P20)。光电转换元件600的正极连接地线。微处理器160的一个输入口(P20)是串行口通信(UART)的输入口(RXD)。解调器150是解调模块。
如图2所示，驱动电路170是MOSFET。MOSFET是MOS管。驱动电路170是三极管。三极管是NPN型或PNP型。MOSFET171的控制极(G)连接微处理器160的一个输出口(P10)，MOSFET171的漏极(D)连接LED灯500的负极。MOSFET171的源极(S)接地线。MOSFET171把微处理器160输出的电压信号转化成功率信号(即电流信号)驱动LED灯500。驱动电路170的输入端是MOSFET171的控制极(G)。驱动电路170的输出端(OUT)是MOSFET171的漏极(D)。驱动电路170的公共端(COM)是MOSFET171的源极(S)。微处理器160的至少一个输出口连接驱动电路170的输入端。
如图3所示。图3中的(B)是数字通信信号。图3中的(A)是用数字通信信号(图3中的(B))调制过的载波信号。在微处理器160的程序中，设置好定时器的时间常数，用定时器产生预定频率的载波信号。定时器产生的载波信号从微处理器160的一个输出口(P10)输出。在微处理器160的程序中，当要输出数字通信信号的数字1时，在数字1期间使定时器工作，当要输出数字通信信号的数字0时，数字0期间禁止定时器工作，这样在微处理器160的一个输出口(P10)则输出的被数字信号调制了的载波信号(图3中的(B))。被数字信号调制了的载波电流信号图(图3中的(B))流经LED灯500时发出数字通信信号光。被数字信号调制了的照明载波电流信号(图3中的(B))流经LED灯500时发出照明数字通信信号光。LED灯500发出的光有数字通信信号。LED灯500发出的照明光有数字通信信号。流经驱动电路170的电流有数字通信信号。流经驱动电路170的照明电流有数字通信信号。
如图2所示。LED灯500，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光。驱动电路170，用于给LED灯500提供照明电流或提供照明载波数字通信电流。微处理器160输出脉冲宽度调节方式(PWM)的照明载波信号。微处理器160输出脉冲宽度调节方式(PWM)的载波信号，使微处理器160通过光线遥控接收器或解调器150接收到最理想的数字通信信号。例如，微处理器160输出脉冲宽度调节方式(PWM)的载波信号的占空比为1/3，使光线遥控接收器或解调器150接收到最强的数字通信载波信号，使光线遥控接收器或解调器150输出最理想的数字信号波形。根据LED路灯使用的LED灯500的功率或光通量选择适当的脉冲宽度调节方式(PWM)的载波信号的占空比，使光线遥控接收器或解调器150接收到最强的数字通信载波信号，使光线遥控接收器或解调器150输出最理想的数字信号波形。
数字信号频率范围1000Hz至56000Hz，例如是2400Hz。载波信号频率范围15KHz至600KHz，例如是30KHz。
如图2或图4所示。在微处理器160的程序中，在两个贮存器中分别贮存两个不同的时间常数，设置好微处理器160中的定时器的工作方式。当要输出数字通信信号的数字1的载波信号时，把一个贮存器中的时间常数赋给定时器，使定时器产生一种载波频率信号，使微处理器160的一个输出口(P10)输出一种频率的载波信号。当要输出数字通信信号的数字0的载波信号时，把另一个贮存器中的时间常数赋给定时器，使定时器产生另一种载波频率信号，使微处理器160的一个输出口(P10)输出另一种频率的载波信号。这样在数字通信信号的数字1期间和数字0期间流经驱动电路170和流经LED灯500的数字通信电流是两种不同频率的载波信号。LED灯500在数字1期间发出一种照明载波频率的光，LED灯500在数字0期间发出另一种照明载波频率的光。参考图8中的(C)和(D)。
关于使用微处理器中的定时器在输出口输出脉冲信号(即载波信号)，在微处理器的应用书、单片机应用书、单片机的规格书中都有详细的说明。
如图2或图4所示。当只需要照明，不需要进行数字通信时，微处理器160在一个输出口(P10)输出高电平使有连续电流流经驱动电路170，使有连续电流流经LED灯500，使LED灯500全亮。当当只需要照明，不需要进行数字通信时，微处理器160在一个输出口(P10)输出连续的脉冲信号，使有连续的脉冲电流流经驱动电路170，使有连续脉冲电流流经LED灯500，使LED灯500发出预定的光亮度(光照强度)。微处理器160通过调整在一个输出口(P10)输出的脉冲信号的占空比(Duty Cycle)来调整LED灯500发出的光亮度(即光照强度)。微处理器160通过调整在一个输出口(P10)输出的脉冲宽度调节方式(PWM)信号的脉冲宽度来调整LED灯500发出的光亮度。微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度。
如图4所示，驱动电路170由门电路172和MOSFET171组成。门电路172的输入端是驱动电路170的输入端(IN)连接微处理器160的一个输出端(P10)。门电路172的输出端连接MOSFET171的控制极(G)。MOSFET171的漏极(D)连接LED灯500的负极。MOSFET171的源极(S)连接地线。驱动电路170的输入端是门电路172的输入端。驱动电路170的输出端(OUT)是MOSFET171的漏极(D)。驱动电路170的公共端(COM)是MOSFET171的源极(S)。微处理器160的至少一个输出口连接驱动电路170的输入端。门电路172的输入端是驱动电路170的输入端，门电路172的输出端连接三极管171的输入端，三极管171的输出端是驱动电路170的输出端。
图9是市场上出售的光线遥控接收器(或称光线接收头)的方框图。光线遥控接收器的输入端(IN)连接光电转换元件的负极。光电转换元件的正极接地。光线遥控接收器由输入放大器(INPUT)，自动增益和滤波器(AGC&FILTER)，解调电路(DEMODULATOR)，晶振(OSCILLATOR)和自动增益和数字控制器(AGC&DIGITAL CONTROL)组成。购买光线遥控接收器时，选择与需要接收的载波信号的频率相同的光线遥控接收器。
图10是解调模块的方框图。解调模块150(虚线框内)由负载电阻R30，放大电路，自动增益控制AGC，带通滤波器，低通滤波器，限幅放大器组成。光电转换元件600是光电转换二极管。光电转换元件600把接收到的光信号转换成电信号。光电转换二极管600的负极连接负载电阻的一端还连接放大电路的输入端。负载电阻的另一端连接电源(VCC)。光电转换二极管600的负极连接解调模块150的输入端(IN)。放大电路的增益由自动增益控制AGC控制。放大电路的输出端连接带通滤波器的输入端。带通滤波器的输出端连接低通滤波器的输入端。低通滤波器的输出端连接限幅放大器的输入端。限幅放大器的输出端连接微处理器160的一个输入口(P20)。解调模块150的输出端连接微处理器160的一个输入口(P20)。微处理器160的一个输入口(P20)是异步串行通信(UART)的输入口(RXD)。
放大电路或限幅放大器如图5所示，是运算放大器。放大电路把由光电转换二极管600输入的信号进行放大。自动增益控制AGC控制放大电路达到最佳的增益。带通滤波器(BANDPASS)的电路如图14、图15、图16所示。带通滤波器的增益与频率特性曲线图如图17所示。带通滤波器(BANDPASS)只允许预定频率的载波信号通过，阻碍其它频率的信号通过。低通滤波器(Low-Pass)的电路图如图18、图19所示。低通滤波器允许低频信号(即允许数字信号)通过，阻碍高频信号(即阻碍载波信号)通过。限幅放大器把从载波信号中分离出来的数字信号进行限幅和整形。限幅放大器把输出信号的电压限制在微处理器160的输入电压范围。限幅放大器把输出信号的电压波形整形为脉冲波形。
把微处理器设置成异步串行通信方式(UART)。设置好波特率。例如波特率设置为2400。把数字通信信号连接到微处理器的串行数据输入口(RXD)后数据将自动移入串行口数据接收寄存器，串行口数据接收寄存器每接收到一字节数据微处理器进入串行口中断程序从串行口数据接收寄存器读取数据。关于微处理器或单片机异步串行口通信(UART)技术，在微处理器应用书、单片机应用书、或单片机的规格书中都有详细的说明。
LED路灯的示意图如图11所示。LED路灯由灯杆400，LED灯500，控制器100(图1中的虚线框内的部件)，光电转换元件600组成。外部设备300可以是键盘、旋钮后开关。通信线200把外部设备300连接到控制器100中的微处理器160。微处理器160经由通信口经由通信线200连接外部设备300。微处理器160的通信口可以是串行通信口USART、UART、SPI、IIC、USB、RS232、RS485、CAN、或并行通信接口的一种。
一盏LED路灯上的光电转换元件600接收另一盏LED路灯上的LED灯500发送来的数字通信信号。可以通过LED路灯的数字地址或LED路灯的ID码来识别是那盏LED路灯发送来的数字通信信号。
如图12所示。外部设备700经由通信线201连接到控制器100中的微处理器160。微处理器160经由通信口经由通信线201连接外部设备700。外部设备700可以是显示器、计算机系统、噪声检测仪、水位检测仪、气象设备、或监控设备。
如图13所示。LED路灯400-1的LED灯发出的数字通信信号光线800照射到LED路灯400-2的光电转换元件上。LED路灯400-1的LED灯发出的数字通信信号光线801照射到地面后反射到LED路灯400-2的光电转换元件上。LED路灯400-2的LED灯发出的数字通信信号光线照射到LED路灯400-1的光电转换元件上。LED路灯400-2的LED灯发出的数字通信信号光线照射到地面后反射到LED路灯400-1的光电转换元件上。光线800和光线801是可见照明光。参见图11和图12。
在图13中只画出了3盏LED路灯，所以LED路灯400-N是LED路灯400-3。LED路灯400-N表示顺序排列的最后一盏路灯。N可以是任意整数。可以由任意盏LED路灯顺序排列组成一条光线数字通信的线路。可以由任意盏LED路灯顺序排列组成一条光线数字通信的数据流管道。
如图13所示。LED路灯400-N的LED灯发出的数字通信信号光线800照射到LED路灯400-2的光电转换元件上。LED路灯400-N的LED灯发出的数字通信信号光线801照射到地面后反射到LED路灯400-2的光电转换元件上。LED路灯400-2的LED灯发出的数字通信信号光线照射到LED路灯400-N的光电转换元件上。LED路灯400-2的LED灯发出的数字通信信号光线照射到地面后反射到LED路灯400-N的光电转换元件上。光线800和光线801是可见照明光。参见图11和图12。
顺序排列的LED路灯，第一盏LED路灯通过照明数字通信信号光线把数据发送给第二盏LED路灯，第二盏LED路灯通过照明数字通信信号光线把数据发送给第三盏LED路灯，直至通过照明数字通信信号光线把数据发送给第N盏LED路灯。两盏以上的LED路灯组成一条光线数字通信的数据流管道。
图13中，光线802可以是光线遥控器发出的数字通信信号光。光线遥控器是便携式遥控器。光线遥控器可以接收LED路灯发出的数字通信信号光。光线遥控器能够与LED路灯进行光线数字信号通信。光线遥控器用于开启或关断LED路灯，用于调节LED灯的亮度。光线遥控器用于设置LED路灯的工作模式。光线遥控器用于接收LED路灯发出的数字通信信号数据。光线遥控器接收LED路灯发出的LED灯的工作模式、工作电流、工作电压、工作温度等数据。例如，光线遥控器与LED路灯400-1进行数字信号通信，通过LED路灯400-1逐盏开启或关断LED路灯，逐盏调节LED路灯的亮度，逐盏接收LED路灯发送来的数据。光线遥控器与LED路灯400-1进行数字信号通信，通过LED路灯400-1通过光线数字通信数据流管道逐盏控制各盏LED路灯。每盏LED路灯有自己的数据地址。每盏LED路灯有自己的ID吗。
图13中，LED路灯400-1可以通过通信接口连接外部设备。LED路灯400-1可以通过通信接口连接外部设备300或连接外部设备700，参见图11或图12。外部设备300或外部设备700从LED路灯400-1通过光线数字通信的数据流管道逐盏与每盏LED路灯进行数字信号通信。外部设备300或外部设备700从LED路灯400-1通过光线数字通信的数据流管道与LED路灯400-N进行数字信号通信。
本说明书中的内容是一个整体。
本发明的实施例3：
本实施例不重复说明与实施例1和实施例2相同的内容，本说明书中的内容是一个整体，请先阅读实施例1和实施例2。
如图6所示。微处理器160的一个输出口(P10)连接驱动电路170的一个输入端(IN1)。微处理器160的另一个输出口(P11)连接驱动电路170的另一个输入端(IN2)。微处理器160的另一个输出口(P11)是异步串行通信(UART)的串行数据输出口(TXD)。微处理器160的至少一种频率载波信号输出口连接驱动电路170的输入端。驱动电路170的输出端(OUT)连接LED灯500的负极。LED灯500的正极连接电源(VDD)。驱动电路170的公共端(COM)接地。
如图6所示。驱动电路170由门电路172和MOSFET171组成。门电路172是二输入端与门。门电路172的输入端是驱动电路170的输入端。MOSFET171的漏极(D)是驱动电路170的输出端(OUT)。MOSFET171的源极(S)是驱动电路170的公共端(COM)。门电路172的输入端是驱动电路170的输入端，门电路172的输出端连接三极管171的输入端，三极管171的输出端是驱动电路170的输出端。
如图6所示。微处理器160的一个输出口(P10)连接门电路172的一个输入端(IN1)。微处理器160的另一个输出口(P11)连接门电路172的另一个输入端(IN2)。微处理器160的至少一种频率载波信号输出口连接驱动电路170的输入端。门电路172输出端连接MOSFET171的控制极(G)。MOSFET171的源极(S)接地。MOSFET171的漏极(D)连接LED灯500的一端(-)。LED灯500的另一端(+)连接电源(VDD)。
要进行数字信号通信时，微处理器160在一个输出口(P11)输出载波信号(即脉冲信号)，如图6中的(B)所示。微处理器160可以用定时器中断的方式在一个输出口(P11)输出载波信号(图6中的(B)所示)。在程序中设置好定时器的工作模式，初始化定时器，定时器中断程序中自动装入时间常数然后切换一个输出口(P11)的电平(切换电压1或0)。微处理器160设置成异步串行通信(UART)模式，设置好波特率，把要发送的数据放到串行数据发送寄存器后数据将自动从串行数据输出口(TXD)输出。例如，波特率设置成2400。
关于微处理器或单片机异步串行口通信(UART)技术，在微处理器应用书、单片机应用书、或单片机的规格书中都有详细的说明。
载波信号(图6中的(B)所示)和数字信号(图6中的(C)所示)分别从门电路172的两个输入端输入(图6)，在门电路172的输出端则输出被数字信号调制了的载波信号(图6中的(D)所示)。载波信号(图6中的(B)所示)和数字信号(图6中的(C)所示)分别从驱动电路170的两个输入端输入(图6)，在驱动电路170的输出端则输出被数字信号调制了的载波信号(图6中的(D)所示)。LED灯500则发出被数字信号调制了的载波信号光(图6中的(D)所示)。这就是，微处理器160控制数字通信信号调制照明载波信号。微处理器160的载波信号输出口(P10)连接驱动电路170的一个输入端(IN1)。微处理器160的数字信号输出口(P11)连接驱动电路170的另一个输入端(IN2)。驱动电路170的输出端(OUT)连接LED灯500的一端(-)。LED灯500的另一端(+)连接电源(VDD)。驱动电路170的公共端(COM)连接公共端(地线)。驱动电路170的输出端(OUT)输出被数字信号调制了的照明载波信号。用其它门电路或组合门电路也能够实现驱动电路170的功能。
本发明的实施例4：
本实施例不重复说明与实施例1、2和3相同的内容，本说明书中的内容是一个完整的整体，请先阅读实施例1、2和3。
如图7所示。微处理器160的一种频率载波信号输出口(P10)连接驱动电路170的第一个输入端(IN1)。微处理器160的数字信号输出口(P11)连接驱动电路170的第二个输入端(IN2)。微处理器160的数字信号输出口(P11)还连接反向器的输入端。反向器的输出端连接驱动电路170的第三个输入端(IN3)。微处理器160的另一种频率载波信号输出口(P12)连接驱动电路170的第四个输入端(IN4)。微处理器160的另一个输出口(P11)是异步串行通信(UART)的串行数据输出口(TXD)。
如图7所示。微处理器160的至少一种频率载波信号输出口连接驱动电路170的输入端。驱动电路170的输出端(OUT)连接LED灯500的一端(-)。LED灯500的另一端(+)连接电源(VDD)。驱动电路170的公共端(COM)连接公共端(地线)。驱动电路170的输出端(OUT)输出被数字信号调制了的数字1是一种频率而数字0是另一种频率的照明载波信号。
如图7所示。驱动电路170由二输入端与门173，二输入端与门174，二输入端或门172，MOSFET171组成。门电路172和门电路173和门电路174组成一个整体门电路。门电路172和门电路173和门电路174组成一个整体逻辑电路。门电路173和门电路174的输入端是驱动电路170的输入端，门电路172的输出端连接三极管171的输入端，三极管171的输出端是驱动电路170的输出端。门电路172和门电路173和门电路174组成一个整体逻辑电路，这个整体逻辑电路也可以用其它门电路或逻辑电路组成，结果是达到相同的逻辑功能，是等同技术的替换。用其它门电路或组合门电路也能够实现驱动电路170的功能。
如图7所示。微处理器160的一种频率载波信号输出口(P10)连接二输入端与门173的一个输入端(IN1)。微处理器160的数字信号输出口(P11)连接二输入端与门173的另一个输入端(IN2)。微处理器160的数字信号输出口(P11)还连接反向器的输入端。反向器的输出端连接二输入端与门174的一个输入端(IN3)。微处理器160的另一种频率载波信号输出口(P12)连接二输入端与门174的另一个输入端(IN4)。二输入端与门173的输出端连接二输入端或门172的一个输入端。二输入端与门174的输出端连接二输入端或门172的另一个输入端。二输入端或门172的输出端连接MOSFET171的控制极(G)。MOSFET171的源极(S)接地。MOSFET171的漏极(D)连接LED灯500的一端(-)。LED灯500的另一端(+)连接电源(VDD)。MOSFET171的漏极(D)输出被数字信号调制了的数字1是一种频率而数字0是另一种频率的照明载波信号。驱动电路170由门电路和三极管组成。驱动电路170由门电路和MOSFET171组成。
如图8所示和图7所示。微处理器160的一种频率载波信号输出口(P10)输出一种频率的载波信号，图8中的(A)所示。微处理器160的另一种频率载波信号输出口(P12)输出另一种频率的载波信号，图8中的(B)所示。微处理器160的数字信号输出口(P11)输出数字信号，图8中的(C)所示。驱动电路170的输出端(OUT)输出被数字信号调制了的数字1是一种频率而数字0是另一种频率的照明载波信号，图8中的(D)所示。MOSFET171的漏极(D)输出被数字信号调制了的数字1是一种频率而数字0是另一种频率的照明载波信号，图8中的(D)所示。流经LED灯500的被数字信号调制了的照明载波信号电流，图8中的(D)所示。LED灯500发出的被数字信号调制了的照明载波信号光，图8中的(D)所示。
在微处理器160的程序中，使用两个定时器，分别设置好这两个定时器。一个定时器用于在微处理器160的一种频率载波信号输出口(P10)输出一种频率的载波信号。另一个定时器用于在微处理器160的另一种频率载波信号输出口(P12)输出另一种频率的载波信号。
微处理器160的数字信号输出口(P11)是异步串行口通信(UART)的串行数据输出口(TXD)。微处理器160设置成异步串行通信(UART)模式，设置好波特率，把要发送的数据放到串行数据发送寄存器后数据将自动从串行数据输出口(TXD)输出。例如，波特率设置成2400。
当只需要照明，不需要进行数字信号通信时，图7所示，使微处理器160输出口P11为高电平，使微处理器160输出口P10输出高电平，或输出口P10输出连续的脉冲信号，或输出口P10输出脉冲宽度调节方式(PWM)信号，则有照明电流流经LED灯500，LED灯500发出照明光。
光线遥控接收器(或光线接收头)方框图如图9所示，把光线遥控接收器(或光线接收头)的工作频率选择在数字1期间的载波频率(图8中的(B)所示频率)(即选择在微处理器160的一种频率载波信号输出口(P10)输出的载波信号的频率)，则在光线遥控接收器(或光线接收头)的输出端在数字1期间有电压输出(表示数字1)而数字0期间无电压输出(表示数字0)。把数字信号从载波信号中提取出来了。
解调器150的方框图如图10所示，把带通滤波器的频率选择在数字1期间的载波频率(图8中的(B)所示频率)(即微处理器160的一种频率载波信号输出口(P10)输出的载波信号的频率)，则在解调器150的输出端在数字1期间有电压输出(表示数字1)而数字0期间无电压输出(表示数字0)。从而把数字信号从载波信号中提取出来了。
Claims (10)
1.一种照明灯具，其特征在于，
可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；
驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；
光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；
解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；
微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；
光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；
微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；
微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；
微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；
微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据。
2.如权利要求1所述的照明灯具，其特征在于，所述驱动电路由门电路和三极管组成；门电路的输入端是所述驱动电路的输入端，门电路的输出端连接三极管的输入端，三极管的输出端是所述驱动电路的输出端。
3.如权利要求1所述的照明灯具，其特征在于，所述可见光半导体发光元件在数字1期间发出一种照明载波频率的光，所述可见光半导体发光元件在数字0期间发出另一种照明载波频率的光。
4.如权利要求1所述的照明灯具，其特征在于，所述微处理器的至少一种频率载波信号输出口连接所述驱动电路的输入端，所述微处理器的数字信号输出口连接所述驱动电路的另一个输入端；所述驱动电路的输出端输出被数字信号调制了的照明载波信号。
5.如权利要求1所述的照明灯具，其特征在于，所述微处理器的一种频率载波信号输出口连接所述驱动电路的第一个输入端，所述微处理器的数字信号输出口连接所述驱动电路的第二个输入端，所述微处理器的数字信号输出口还连接反向器的输入端，反向器的输出端连接所述驱动电路的第三个输入端，所述微处理器的另一种频率载波信号输出口连接所述驱动电路的第四个输入端；所述驱动电路的输出端输出被数字信号调制了的数字1是一种频率而数字0是另一种频率的照明载波信号。
6.如权利要求1所述的照明灯具，其特征在于，两盏以上的所述照明灯具组成一条光线数字通信的数据流管道。
7.如权利要求1所述的照明灯具，其特征在于，所述照明灯具通过通信接口连接外部设备。
8.一种照明灯具，其特征在于，
可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；
驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；
光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；
解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；
微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；
光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；
微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；
微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；
微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；
微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据；
微处理器的至少一种频率载波信号输出口连接驱动电路的输入端，微处理器的数字信号输出口连接驱动电路的另一个输入端。
9.一种照明灯具，其特征在于，
可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；
驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；
光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；
解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；
微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；
光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；
微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；
微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；
微处理器控制数字通信信号调制照明载波信号；
微处理器从解调模块的输出端读取光电转换元件接收到的数字通信信号数据；可见光半导体发光元件在数字1期间发出一种照明载波频率的光，可见光半导体发光元件在数字0期间发出另一种照明载波频率的光。
10.一种照明灯具，其特征在于，
可见光半导体发光元件，用于发出照明光或发出照明载波数字通信信号光；
驱动电路，用于给可见光半导体发光元件提供照明电流或提供照明载波数字通信电流；
光电转换元件，用于把接收到的光信号转换成电信号；
解调模块，用于从光电转换元件输出的信号中提取预定载波频率的数字通信信号；
微处理器的至少一个输出口连接驱动电路的输入端，驱动电路的一个输出端连接可见光半导体发光元件的一端，可见光半导体发光元件的另一端连接电源，驱动电路的公共端连接公共端；
光电转换元件的一端连接解调模块的输入端，解调模块的输出端连接微处理器的一个输入口；
微处理器通过调整脉冲宽度调节方式的照明信号的占空比调整可见光半导体发光元件发出预定的光照强度；
微处理器输出脉冲宽度调节方式的照明载波信号；
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Granted publication date: 20151125 Termination date: 20170131 |
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