CN1083302A

CN1083302A - 调光装置

Info

Publication number: CN1083302A
Application number: CN92109159A
Authority: CN
Inventors: 陈苏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1994-03-02

Abstract

本发明涉及一种通过改变可控硅导通角进行灯光调节并可记忆调节操作过程的调光装置。与先有调光装置采用A/D采样输入控制量，再通过D/A 还原模拟量控制触发相移的方式不同，本发明采用计时方式测量触发信号的相移(或导通角)，以定时方式产生相移进触发驱动。与先有方法比较，这种测量与再现方式，可以完全用数字电路实现，具有误差小、再现程度高、调光一致性好、可控性好以及成本低的优点。

Description

本发明涉及灯光控制领域中的一种通过操作或偏程调节灯光亮度的调光装置。

在许多场所，如歌舞厅、剧场和游乐宫及其他娱乐场所，需要使用调光装置进行灯光效果控制。这种采用可控硅器件，通过调节可控硅导通的相移，即主回路交流电压过零点至触发导通时刻的间隔，进行灯光亮度调节的调光装置的基本结构包括：调节输入装置、移相装置和触发装置等。调节输入装置，普遍采用电位器，用于接受操作人员的手动调节，产生一个模拟量给移相装置;移相装置根据该模拟量使触发信号移动（延迟）一定相位;触发装置在触发信号作用下驱动可控硅导通。随着微处理器和集成电路技术的发展，以数字技术为基础的控制方式也进入了调光装置。在调节输入装置与移相装置之间插入控制装置，用A/D转换将电位器的模拟量数字化，然后存放在存贮器中，使用时再通过D/A再现模拟量，输出到移相装置。增加了控制装置这一环节，可以实现调光位置甚至过程的记忆，可以对输入数据进行处理，增加调光装置的功能。如昭63-291393，平1-（3993，166488，183094），平2-（7396，162692，213096，213097）等等给出的调光装置的控制环节都是这种结构。

这种基于A/D-D/A原理的调光装置存在一些缺点：首先，由于A/D及D/A转换内外包括许多模拟电路，引入误差的因素很多，表现为如基准电源误差，失调误差，非线性及微分非线性误差，增益误差等等。为减少误差，常要使用辅助的补偿或校正电路，提高了电路复杂性与成本，降低了可靠性，而且还需要手工调整。由于各种误差的存在，引起模拟信号再现精度和各路灯光控制一致性方面的问题。其次，A/D、D/A成本高，不能每路控制都采用一个A/D，要用模拟多路选择器，而后者成本也较高，尤其是当灯光路数较多（几十至上百）时，更是如此;类似地，如果D/A不是每路触发设一个，就要使用S/H（采样/保持器），并不节约成本。另外，A/D进行的轮流采样也限制了采样频率，当路数较多时，就要提高A/D的速度，这也是增加成本的因素。

本发明的目的是提供一种不用A/D-D/A或其他涉及模拟量的转换，完全采用数字电路，直接进行触发导通过程中相位的测量与控制的调光装置，克服误差、再现性与一致性等方面的问题，以及成本高的缺点。

本发明装置的技术方案如下。

在调节可控硅导通角的调光装置中，包括了与各路操作对应的各调节输入装置，根据输入控制量产生相移控制信号的各移相装置，受相移控制信号驱动的触发装置，以及过零检测装置和可以记忆、再现调光操作的控制装置。不同的是，在本发明技术方案中，控制装置不是处于调节输入与移相装置之间，对输入的模拟控制量进行采样与记录，再为移相装置输出模拟控制参量，而是放在移相装置之后，以计时方式对已产生的各触发信号的相移同时进行测量，并以定时方式同时直接产生为各触发装置提供的触发信号的相移。其中包括可以同时对各输入触发信号的相移进行计时方式测量的计时装置，并包括可以同时以定时方式产生各触发信号输出中相移的定时装置，还有一个产生计时与定时操作所需时钟信号时钟发生器，以及可以记录计时装置中各计时值、设置定时装置中各定时值的控制器。

上述的计时装置的结构包括，一组寄存器，与各被测的输入触发信号一一对应，以及至少一个计数器。计数器由过零检测信号在相位过零时复位并启动计数。各寄存器以计数器的计数值为数据输入，锁存控制为被测的触发信号，在触发的同时，使计数值进入寄存器作为测得的相移值，并可由控制器读出。计数器可以是所有寄存器共用一个，也可以是每个寄存器用一个，或几个寄存器用一个，各计数器都是同步计数的。计数器的位数等于也可以大于寄存器位数，当计数器位数大于寄存器位数时，寄存器存入计数器的高位，而舍弃其低位。多余的低位可以作为分频器使用，提高启动相位处的分辩率。计数器可以是加计数也可以是减计数工作。

上述的定时装置的一种结构包括，与各触发输出一一对应的一组比较器、寄存器对，和至少一个计数器。计数器由过零检测信号复位和启动计数器。各寄存器的内容为与所产生触发信号相移对应的定时值，由控制器写入，各比较器将相应的寄存器内容与计数器值比较。当计数器值达到和/或超过相应的寄存器值时，比较器输出有效，对应触发信号的导通触发，驱动相应的触发装置。计数器的个数可以是一个，为各比较器共用，也可以是多个，几个比较器用一个，甚至每个比较器用一个，各计数器完全同步计数。计数器位数可以大于或等于寄存器的位数，如果是大于情况，比较器比较的是计数器的高位，舍弃低位。多余的低位可以起分频器的作用，提高启动计数时的相位分辨率。计数器可以是加也可以是减计数工作。

定时装置的另一种结构包括，与各触发输出一一对应的一组计数器、寄存器对。寄存器由控制器写入与所要产生的触发相移对应的定时值。在相位过零时，过零检测信号启动各计数器装入相应寄存器的值作为计数初值并开始计数。当计数至溢出值后，计数器输出有效信号，对应触发信号的导通触发，驱动对应的触发装置。同前一种定时装置结构中的计数器类似，这里的各计数器位数等于，也可以大于相应寄存器的位数，当大于时，计数器将寄存器值设置为自己的高位作为初值。同样，计数器可以是加，也可以是减计数。

在本发明装置的控制装置中，上述的时钟发生器包括了一个晶体振荡器，和一个分频计数器。晶体振荡器提供Mhz量级的时钟信号，经分频计数器分频，产生定时与计时装置所需的时钟信号。分频计数器是可复位的，由过零检测信号在过零时进行复位，保证计时与定时起点的分辩率仅为晶振的分辩单位。分频精度取决于指标要求，分频比例≥1。

在本发明调光装置的控制装置中，如果定时装置采用上述的前一种结构，那么，定时与计时所用的计数器可以是同一计数器。特别地，当定时装置和计时装置在上述结构中都各只使用一个公共计数器，那么，这两个计数器也可以用一个计数器代替，即整个控制装置只用一个计数器。原因是上述结构的计时装置与上述前一种结构的定时装置中，所有计数器工作都是完全同步的。当然，这是采用同一计数器所涉及的计时装置中的计时部分和定时装置中的定时部分都同是对应加计数或减计数的。

本发明调光装置的控制装置中，控制器采用一般的适用微处理器或计算机结构，在这里仅涉及对计时值与定时值的读写，可以以任何一种现有技术来实现。

本发明装置的优点是

1、精度高、成本低。不存在模拟电路引入的各种误差。可以完全采用数字电路实现。同时，计数器的分辩率在增加时，仍保持低成本，而A/D-D/A则随位数增加成本急剧上升，并且诸如误差、电路调整及空码发生等问题会变得严重。

2、一致性好。相移的测量与产生全部由数字电路实现，不用任何调整，没有众多的误差因素，各路触发控制性能一致。

3、再现性好。两次转换之间没有线性度的问题，再现结果与将移相装置的输出与触发装置直接相连的相移结果一样。

4、可控性好。直接生成触发信号相移，可以方便地由程序将触发时刻设定在任意计时点上，尤其是在过零点附近，移相装置可能无法产生触发信号的地方。

下列附图用于说明本发明装置的特点和实施例。

图1是采用先有技术调光装置的基本原理结构;图2是本发明装置及实施例的基本结构;图3给出了本发明装置中的控制装置的基本原理结构;图4用波形图显示了装置中各主要点上的信号波形，用以说明装置的工作原理及信号之间的关系;图5给出控制装置中计时装置与定时装置的实施例;图6给出了控制装置中时钟发生器的实施例。

下面将结合附图说明本发明装置的实施例。

图1显示了采用先有技术调光装置的结构。其中包括，调节输入装置1，移相装置2，触发装置3，可控硅5以及产生过零检测信号的过零检测装置6和处于1、2之间的控制装置7，该装置由A/D输入调节装置1的模拟量，由D/A输出用于移相控制的模拟量。

图2显示了本发明装置的基本结构，也是实施例的结构。与图1的不同之处在于，控制装置是4，位于2和3之间，其中没有A/D-D/A部分。4以移相装置2产生的触发信号为输入，以计时方式进行相移测量，并以定时方式输出具有不同相移的各触发信号驱动触发装置3。

图3是控制装置4的实施例的结构。其中，41是计时装置，可以以计时方式同时对输入的触发信号20中各信号的相位进行测量，得到计时值;42是定时装置，可以以定时方式同时产生具有不同指定相移的输出触发信号30中的各个信号;43是控制装置，在这里其作用是读出计时装置41和为定时装置42设置各定时值;DB是数据总线，RD、WR分别是读、写控制线;44是时钟发生器，为41和42提供时钟驱动信号440;60是来自过零检测装置6的过零检测信号。

图4中的几个波形说明了本发明调光装置及其中控制装置的工作原理和信号之间的关系。图中波形（a）是受控主回路上的电压波形，周期为T，对50Hz来说是20ms，阴影部分是可控硅导通区域，导通时间（相位）是t₁。

（60）是过零检测信号60的波形，当（a）过零时，产生窄脉冲T₃，宽度为t₃，T₃前沿不迟于过0点，后沿不早于过0点。（20）是移相装置2产生的某一个触发脉冲信号，于t₁时刻触发，触发脉冲宽度为t2，一般为不小于某一值，取决于可控硅的触发要求，最大为T₄的宽度。（40）是控制装置4产生的触发信号40中的一个，在t₁′处触发有效。（40）的阴影部分为定时区间T₁，t₁′可处于（a）的半周期内从t₃后沿至t₃前沿的整个区间。（20）阴影部分为计时区间，也是T₁，t₁位置范围与t₁′相同。当计时与定时分辩率1/n＝1/256时，最小分辩时间为T/2n＝10ms/256≈40us，而t₃可以仅有数us，远小于1/n，因此t₃可以忽略，T₁＝t₁。另外，t₁′可以与t₁不同，图4中显示的是（40）再现（20）的触发相移的情况，此时有t₁′＝t₁。

图5（a）是计时装置41的实施例。412为与20中的各触发信号一一对应的各寄存器之一。411为所有412共用的计数器。过零检测号60前沿使411复位，从后沿开始，允许411对时钟信号440计数。当（20）的触发沿到来时，使412记下411的瞬时计数值。该值在来自控制器43的RD作用下，放到DB总线上被43读回。

图5（b）是定时装置42的实施例之一。422为与40中的各触发信号一一对应的各寄存器之一，421是计数器，423是比较器。予定相移的定时值由控制装置43通过写控制信号WR写入422，在60前沿，421复位，并从60后沿开始对时钟信号440计数。比较器423对422的予定值与421的计数值进行比较，当421的值大于或大于等于（加计数时）后，423输出有效信号，对应图4（40）的t₁′后的情况，直到下一次T₃前沿（60前沿）到来使411复位为止。

图5（c）是定时装置的实施例之二。427是寄存器，与图2（b）中的422类似，由控制器43写入定时初值。428是或门，426是计数器。在过零检测信号60的前沿（如图示，也可由后沿），426读入427的定时初值，在60的后沿426开始对440计数。426在溢出时（这里为全0）输出有效，该输出一方面作为（40）输出，另一方面返回计数器426的计数允许端E，使计数器426停止计数，保持为0，直到60的下一个前沿到来再次使426装入定时初值时为止。

图6显示了时钟发生器44的实施例。图中441是晶体振荡体，为分频计数器442提供输入。当过零检测信号60前沿来到时，442复位。在60的脉冲之后，442开始分频计数。其输出440便是计时装置41与定时装置42所需的时钟信号。

在上述的实施例中，图5中的寄存器412，422，427可在任意时刻读或写，也可以采用如DMA等快速传送方式由过零检测信号60前沿启动，在t₃期间进行同步读或写。图5中各计数器411、421、426位数可以超过相应的寄存器位数，此时，图中所示各计数器的数据输入或输出端均为高位，低位相当于超分频作用以减小误差。即使计数器与寄存器位置相同，也可以只用高位，寄存器低位总被忽略（读时）或总置0（写时），这样，可以灵活选择相移测量与产生的分辩率和启始点误差。

Claims

1、一种通过改变可控硅导通角进行灯光控制的调光装置，包括与各路操作及灯光对应的调节输入装置、移相装置和触发装置，以及产生过零检测信号的过零检测装置和可以测量、记忆、再现调光操作的控制装置，本发明的特征在于，控制装置的位置是在移相装置之后，输入已产生的各触发信号，以所包括的一个计时装置通过计时方式同时测量各触发信号中的触发相移，并以所包括的一个定时装置，通过定时方式同时产生驱动各触发装置所需的各触发信号输出的触发相移，还包括一个为计时装置与定时装置提供时钟信号的时钟发生装置。

2、根据权利要求1的调光装置，其特征在于，所述的计时装置包括，与各被测输入触发信号一一对应的一组寄存器，和至少一个位数大于或等于各寄存器位数的计数器，计数器由过零检测信号复位和启动计数，各寄存器以计数器的计数值为输入数据，在被测触发信号的触发时刻，将该时刻的计数值存入寄存器。

3、根据权利要求1的调光装置，其特征在于，所述的定时装置包括，与各触发信号输出一一对应的一组比较器和寄存器对，至少一个位数大于或等于各寄存器位数的计数器，计数器由过零检测信号复位和启动计数，各比较器对计数器的高位与相应寄存器的值进行比较，当计数值达到和/或超过相应的寄存器的值时，比较器输出有效的触发信号输出。

4、根据权利要求1的调光装置，其特征在于，所述的定时装置包括，与各触发信号输出一一对应的一组计数器和寄存器一对，计数器由过零检测信号启动装入相应寄存器的值作为计数初值并开始计数，当计数至溢出值后，计数器输出有效触发信号输出。

5、根据权利要求1的调光装置，其特征在于，所述的时钟发生装置包括，一个晶体振荡器，一个对晶体振荡器信号进行分频的分频计数器，过零检测信号在每次相位过零时使分频计数器复位，重新开始计数分频，分频比例≥1。

6、根据权利要求2和3的调光装置，所述的计时装置中某计时用的计数器与定时装置中某定时用的计数器是同一计数器。