CN104216300B - 一种基于can总线的led控制系统及熊蜂飞行控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CAN总线的LED控制系统及熊蜂飞行控制器，该LED控制系统包括用于将数据发送给主节点的控制端；一个接收所述数据并上传到CAN总线的主节点；若干包含LED驱动模块的从CAN总线接收数据并传输给相应的LED驱动模块的从节点。所述熊蜂飞行控制器包括基座，若干块直立在基座上环绕排列成环的LED显示屏，所述LED显示屏通过所述的LED控制系统控制。本发明利用CAN总线传输数据，而且设定其中一个节点为主节点，其余节点为从节点，从节点不会抢占总线资源，只会从总线上读取自身所需要的数据，因此，总线资源完全被主节点占用，主节点可以无限制发送数据，提高了数据传输的速度和LED显示的刷新频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED控制系统，尤其涉及一种基于CAN总线的LED控制系统及熊蜂飞行控制器。
背景技术
昆虫具有无与伦比的飞行性能，因此越来越多的研究人员致力于发展机械昆虫来取代人造的无人驾驶飞行器。由于视觉作为熊蜂感知世界的主要信息获取通道之一，所以采用视觉信号输入来控制熊蜂的行为就成了实现这一目标的一种有效解决方案，其中LED显示屏是目前熊蜂飞行控制的主流原件。但由于熊蜂的复眼结构和哺乳类动物不同，他们的闪光融合频率高达130Hz，因此需要较高的刷新频率才可以模拟熊蜂自然飞行状态下复眼所看到世界。
目前LED控制系统，主流的设计方案是通过12C总线将各个LED驱动节点链接。12C总线中包含有时钟线，该设计的优点是可以保证每一个节点在时间上同步，但是不同节点在同一时间显示的很可能是不相同的数据，那么必然有一些节点必须要等待下一个发送时钟来接受数据，降低了LED的刷新速度，达不到熊蜂飞行控制器的要求。更重要的是，12C总线的时钟线会布局在整个系统中，很容易受到LED开关的噪声影响，从而造成时钟失效，甚至系统死机。
CAN总线是异步通信，传输速率可以达到1M，远远地高于12C总线，每个节点拥有自身的本地时钟，不会造成时钟线布局在整个系统中，从而减少干扰，系统稳定性会增加。但是CAN总线是不存在主从节点的网络，也就是任何一个节点既可以是主结点，也可以是从节点，发送数据时需等待总线空闲，总线的利用率下降较低，影响了数据传输速率。
发明内容
本发明提供了一种基于CAN总线的LED控制系统，解决了现有LED控制系统运行速度慢，容易死机的问题。
一种基于CAN总线的LED控制系统，包括：
控制端，用于将数据发送给主节点；
一个主节点，接收所述数据，上传到CAN总线；
若干包含LED驱动模块的从节点，从CAN总线接收数据，传输给相应的LED驱动模块。
所述控制端包括输入单元和第一串口通信服务单元。
所述数据包括控制命令和点阵数据两部分，命令包括图像移动、显示亮度等，而点阵数据是指LED显示屏显示的图像，以点阵形式提供。
所述输入单元包括：
点阵数据编辑器，自定义输入点阵数据；
点阵数据转换器，将图像文件转换成点阵数据输入；
命令编码器，将输入的命令编码。
所述的点阵数据编辑器和点阵数据转换器，为用户提供了灵活的配置方式，可以自由的配置所要显示的图像。所述的命令编码是为了保证控制端的数据准确无误地传输到主节点。
所述主节点包括：
第二串口通信服务单元，接收客户端发送的数据；
CAN总线通信服务单元，将接收的数据编码后，上传到CAN总线；
所述从节点包括：
第二CAN总线通信服务单元，从CAN总线接收数据；
LED驱动控制模块，解码从CAN总线接收的数据，发送给LED驱动模块；
LED驱动模块；
以及LED显示屏。
所述LED驱动模块为三极管，因为三极管的开关速度可以达到纳秒水平，这样只要数据传输到位，就可以保证数据的刷新。
所述LED驱动控制模块为单片机MSP430F149，共40个引脚，每个引脚连接一个三极管，所述LED显示屏为32×8结构，单片机的32个引脚控制列向LED显示，剩余8个引脚控制横向LED显示。
该种控制方式相当于将每列的32个LED并联，数据得以并行传输，可以大大地提高数据的传输速度，进而提高LED显示屏的刷新速度。
本发明特别提供了一种熊蜂飞行控制器，包括基座，若干块直立在基座上环绕排列成环的LED显示屏，所述LED显示屏通过所述的LED控制系统控制。
本发明利用CAN总线传输数据，而且设定其中一个节点为主节点，其余节点为从节点，从节点不会抢占总线资源，只会从总线上读取自身所需要的数据，因此，总线资源完全被主节点占用，主节点可以无限制发送数据，提高了数据传输的速度和LED显示的刷新频率。
附图说明
图1为本发明LED控制系统的模块结构示意图。
图2为控制端的模块结构示意图。
图3为主节点的模块结构示意图。
图4为从节点的模块结构示意图。
图5为本发明LED控制系统的工作流程图。
图6为本发明熊蜂飞行控制器的结构示意图。
图7为图6所示熊蜂飞行控制器的正视图。
具体实施方式
下面结合附图详细地介绍本发明的实现流程。
如图1所示，本发明LED控制系统包括控制端、一个主节点和16个从节点，控制端和主节点之间利用RS232链接，主节点和从节点均挂载到CAN总线上。
如图2所示，控制端包括四个部分：点阵数据编辑器、点阵数据生成器、命令编码器和第一串口通信服务单元。其中操作人员通过点阵数据编辑器可以端自定义生成点阵数据，而点阵数据是通过图像自动生成点阵数据，所谓的点阵数据是指与LED显示屏对应的由“0”和“1”组成的矩阵，其中“1”表示某个LED发光，而“0”表示不发光。而命令编码器是将控制端输出的命令按某种协议编码，所述命令可以包括LED显示的移动、LED显示的亮度等内容，在本发明当中点阵数据和命令统称为数据。
主节点的功能地链接控制端和LED显示屏，如图3所示，主节点包括第二串口通信服务单元和第一CAN通信服务单元。CAN通信服务单元采用microchip公司的MCP2510控制器和MCP2551收发器，串口通信服务单元采用TI的MAX3232芯片。
从节点的功能是从CAN总线上读取相应的数据，解码并发送给驱动电路。如图4所示，从节点包括第二CAN总线通信服务单元、LED驱动控制模块、LED驱动模块和LED显示屏，其中第二CAN总线通信服务单元就是从CAN总线上接收数据，LED驱动控制模块解码后发送LED驱动模块。本发明的LED驱动控制模块TI公司的MSP430F149单片机，它具有40个引脚，本发明采用32×8的LED显示屏，MSP430F149芯片其中32个引脚列向LED的显示，其余8个引脚控制横向LED的显示，本发明LED驱动模块采用三极管。
本发明LED控制系统工作原理如下
从宏观的视角来看，本发明控制系统可以划分成两大块，即上位机控制端，和下位机的主节点、从节点。在上位机中不涉及到硬件设计，只是提供了一个方便用户的形影工具，提供了数据输入单元和输入接口。如图5所示，本发明控制系统通过控制端上传数据，利用串口通信服务单元实现控制端和主节点之间的数据通信，主节点接收到数据后进行编码，上传到CAN总线。从节点接收到相应的数据后，利用LED驱动控制模块解码后，传输给LED驱动模块，进而控制LED显示屏的显示。
本发明采用CAN总线传输数据，而且设定其中一个节点为主节点，其余节点为从节点，保证数据随时可以上传，提高了总线资源利用率。另外利用三极管作为驱动原件，缩短LED开关时间，同一列的LED并联设置，提高了数据传输速度，经检测，使得LED显示屏的刷新速度高达5000Hz。
如图5和图6所示，一种熊蜂飞行控制器，包括基座1和直立在基座上1成环状排列的LED显示屏2，LED显示屏2由上述LED控制系统控制，每块LED显示屏代表一个从节点，而基座代表主节点，LED显示屏与基座之间为电连接。
为了支撑更为稳固，基座1下方设置了支撑脚4，另外排列成环的LED显示屏具有缺口，便于放置熊蜂和机械手臂。本发明熊蜂飞行控制器具有16个节点，该设计涉及到三个关键参数：一是所选择的LED每个像素点的大小，用D表示，二是熊蜂的小眼接收角大小，用a表示，三是本发明的半径参数L。
其中D是可以选择的，本发明中选择的是4mm，a是一个在实验科学中测量的值，在2.5～3.5之间，根据公式tan(a/2)＝D/2L能够得到L的值是92mm，那么系统的周长是577mm。除以LED驱显示屏的宽度32mm得到的是18，为了系统的可扩展性和消除熊蜂的视觉死角，我们选择16个LED显示屏。
Claims (1)
1.一种熊蜂飞行控制器，包括基座，其特征在于，若干块直立在基座上环绕排列成环的LED显示屏，所述LED显示屏通过基于CAN总线的LED控制系统控制，
所述LED控制系统，包括：
控制端，用于将数据发送给主节点；
一个主节点，接收所述数据，上传到CAN总线；
若干包含LED驱动模块的从节点，从CAN总线接收数据，传输给相应的LED驱动模块；
所述控制端包括输入单元和第一串口通信服务单元，所述输入单元包括：点阵数据编辑器，自定义输入点阵数据；点阵数据转换器，将图像文件转换成点阵数据输入；命令编码器，将输入的命令编码；
所述主节点包括：第二串口通信服务单元，接收客户端发送的数据；CAN总线通信服务单元，将接收的数据编码后，上传到CAN总线；
所述从节点包括：第二CAN总线通信服务单元，从CAN总线接收数据；LED驱动控制模块，解码从CAN总线接收的数据，发送给LED驱动模块；LED驱动模块，以及LED显示屏；
所述LED驱动模块为三极管，所述LED驱动控制模块为单片机MSP430F149，共40个引脚，每个引脚连接一个三极管，所述LED显示屏为32×8结构，单片机的32个引脚控制列向LED显示，剩余8个引脚控制横向LED显示；
所述主节点设置在基座上，所述从节点设置在LED显示屏上，所述LED显示屏与基座之间电连接；
所述LED排列形成的环具有缺口。
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