CN110692096A - 具有一个或多个通信单元的led设备及采用其的方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管(LED)设备具有至少一个LED显示模块。每个LED显示模块在其中具有和集成多个LED显示子模块、和至少一个无线通信单元。多个LED显示子模块中的每个在其上具有和集成一个或多个LED。LED设备还包括网关，其与至少一个无线通信单元进行无线通信以指令LED显示子模块调节其上多个LED的发光。

Description

具有一个或多个通信单元的LED设备及采用其的方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月22日提交的美国临时专利申请No.62/475,062的权益，该申请的全部内容在此通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及发光二极管(LED)设备和系统，特别是涉及具有一个或多个通信单元的LED设备和系统及采用其的方法。
背景技术
发光二极管(LED)是已知的，已经广泛用于工业中，主要作为低功率光指示器。近年来，已开发出具有更大功率输出或更大发光强度的LED用于照明。LED等提供更好的能量效率、安全性、和可靠性，并在市场上(例如白炽灯、紧凑荧光灯(CFL)，等等)替换其他类型的灯。由于日常照明构成电网负载的相当大部分并显著增大发电总需求，因而LED的能量效率将在未来节能上起到关键作用。LED由于其优越的能量效率而很可能将主导照明市场。
具有更大功率输出或更大发光强度的LED还已经用于图像/视频显示，例如数字标志物或类似物。由于营销、广告或类似活动的需求增长，数字LED标志物成为快速增长的产业。
在一些LED装置(例如LED标志显示器)中，其LED需要单独控制。在现有的LED标志显示器中，LED的信息(例如颜色、光强度、模糊度，等等)通过发送盒传送到标志物。
图1显示出显示出现有技术的LED标志显示器10的示例。如图所示，LED标志显示器系统10包括：LED标志显示器16，其经由电缆18B电连接到发送盒14。发送盒14经由电缆18A电连接到计算机12。数据首先经由电缆18A从计算机12传送给发送盒14。然后发送盒14将接收的数据经由电缆18B发送给安装到LED标志显示器16的柜中的LED接收器(未示出)。由LED接收器接收的数据由中央控制器(未示出)使用以控制LED标志显示器16的LED的发光(例如，开启、关闭、发光强度、颜色，等等)。
如图2中所示，现有技术的数字LED标志显示器16可包括：中央控制器32；和一个或多个LED显示模块34，其经由电缆38(例如带状电缆)连接到中央控制器32。
每个LED显示模块34包括：多个LED 36；和一个或多个LED驱动器(未示出)。LED驱动器调节被传输到LED 36的功率，由此控制其发光(例如，关闭、开启、发光强度、颜色，等等)。根据LED驱动器的驱动能力，每个LED驱动器可电连接到且调节成子组的LED 36，例如4、8、或16个LED 36。
在每个LED显示模块34中，所有的LED驱动器通过电缆38有线连接到中央控制器32。因此，现有技术的数字LED标志显示器16，特别是具有大量LED 36的数字LED标志显示器16(例如，具有大显示表面的数字LED标志物)，常包括大量电缆/线。不幸的是，这些电缆常是现有技术的数字LED标志显示器10的故障点。
另外，用于现有技术的LED标志显示器中的数据通信方法具有多种缺点。例如，现有技术的LED标志显示器10常包括多个数据通信部件，例如发送盒、接收卡、中央控制器、LED驱动器，等等，用于将数据从计算装置传送到LED标志显示器10以控制其LED 36，从而增大了LED标志显示器的成本。
由于需要多个数据通信部件，因而现有技术的LED标志显示器10的通信系统由于每个单独数据通信部件的故障风险的增大而可能不可靠。另外，由于每个LED驱动器有线连接到中央控制器，因而具有大量LED的数字LED标志显示器10常包括相当多的线以控制其LED 36，从而增大了数字LED标志显示器10的成本，并由于带状电缆中的线可能随时间断开和/或损坏(特别是在室外应用中)的高风险而使其可靠性降低。
发明内容
在本文中，公开发光二极管(LED)设备的各实施例。根据本公开内容的一个方面，LED设备包括：(i)一个或多个LED显示模块，其中，每个LED显示模块在其中包括和集成至少一个无线通信单元；(ii)多个LED显示子模块，其中，多个LED显示子模块中的每个具有一个或多个LED；(iii)网关，用于与一个或多个无线通信单元进行无线通信以指令LED显示子模块调制其上多个LED的发光。
根据本公开内容的一个方面，提供一种LED设备。LED设备包括至少一个LED显示模块，至少一个LED显示模块包括多个LED和至少一个通信单元；网关，其功能性联接到该至少一个通信单元，该网关被构造无线接收用于控制该LED设备的一个或多个命令并响应于接收到的一个或多个命令而无线地或者经由直流(DC)功率线将一个或多个指令发送给该至少一个通信单元以调制该多个LED的发光。
在一些实施例中，每个LED显示模块进一步包括：多个LED显示子模块，其中每个LED显示子模块包括成子组的多个LED。
在一些实施例中，每个LED显示模块包括多个通信单元；其中该多个LED显示子模块中的每个包括该多个通信单元中的一个。
在一些实施例中，每个LED显示模块包括仅一个通信单元。
在一些实施例中，每个LED子模块进一步包括：控制单元，其信号与该至少一个通信单元进行通信，并被构造以调制该LED子模块中的该多个LED的发光。
在一些实施例中，该至少一个LED显示模块包括：柔性显示表面，其能够被构造为非平面的显示表面。
在一些实施例中，该功率线具有约48V的电压。
在一些实施例中，该网关被构造以经由该DC功率线与该至少一个通信单元进行通信；其中，该至少一个通信单元包括：低通滤波器(LPF)，用于过滤该DC功率线的电流以减少干扰和/或噪声。
在一些实施例中，该至少一个通信单元进一步包括：数据获取部件，用于收集该LED的数据和用于调制该LED的发光。
在一些实施例中，该至少一个通信单元进一步包括：通信部件，其功能性联接到该数据获取部件以对该数据获取部件收发数据。
根据本公开内容的一个方面，提供一种LED显示模块。LED显示模块包括：多个LED显示子模块，其中每个LED显示子模块包括一个或多个LED；通信中枢，其被构造以与该多个LED显示子模块进行通信以调制其该一个或多个LED的发光；网关，其被构造以与该通信中枢进行通信并与一个或多个计算装置进行无线通信。
在一些实施例中，LED显示模块进一步包括：柔性壳体结构，其包括用于在其中接纳该多个LED显示子模块的多个袋部；和用于接纳该通信中枢的中心袋部。
在一些实施例中，该通信中枢是无线通信中枢，用于与该网关进行无线通信。
在一些实施例中，该通信中枢是有线通信中枢，用于经由DC功率线与该网关进行通信。
在一些实施例中，该DC功率线具有约48V的电压。
在一些实施例中，该通信中枢包括：低通滤波器(LPF)，用于过滤该DC功率线的电流以减少干扰和/或噪声。
在一些实施例中，该通信中枢进一步包括：数据获取部件，用于收集该LED的数据和用于调制该LED的发光。
在一些实施例中，该通信中枢进一步包括：通信部件，其功能性联接到该数据获取部件以对该数据获取部件收发数据。
附图说明
本公开内容的实施例现在将参照附图描述，其中相同的附图标记在不同图中指示相同的元件，其中：
图1是现有技术LED标志物的示意图，例示出数据如何从计算机传输到LED标志显示器；
图2是图1中所示的现有技术的数字LED标志显示器的中央控制器的方框示意图；
图3A和3B是根据本公开内容的一些实施例的具有LED标志显示器的LED显示系统的简化方框示意图；
图4A是图3A中所示的LED显示系统的LED标志显示器的柔性LED显示模块的示意性立体图，其中柔性LED显示模块具有多个LED显示子模块；
图4B是图4A中所示柔性LED显示模块(构造有曲形显示表面)的示意性立体图；
图5A是图4A中所示LED显示模块的每个LED显示子模块中的LED功率集成电路(IC)芯片(LED功率IC芯片在其上集成有无线通信单元)的示意性立体图；
图5B是图4A中所示LED显示模块的LED子模块的简化方框示意图；
图6的方框示意图显示出图3A中所示LED显示系统的软件结构；
图7的方框示意图显示出图3A中所示LED显示系统的根据本公开内容的一些可替代实施例的软件结构；
图8A是根据本公开内容的一些可替代实施例的具有LED标志显示器的LED显示系统的示意图；
图8B是图8A中所示LED显示系统的LED模块(LED模块包括柔性壳体结构)的示意性立体图；
图9的方框示意图显示出图8A中所示LED显示系统的软件结构；
图10是根据本公开内容的一些可替代实施例的具有LED标志显示器的LED显示系统的示意图；
图11是图10中所示LED显示系统的每个LED显示模块中集成的通信子中枢的示意性立体图；
图12是图11中所示通信子中枢的PLC单元的简化电路示意图。
具体实施方式
在本文中，公开LED装置的实施例。在一些实施例中，LED装置可为LED标志显示器。在一些实施例中，LED装置可为具有一个或多个柔性LED模块(即，能够弯曲并可形成非平面显示表面的模块)的LED标志显示器。
转到图3A和3B，显示出LED显示系统，整体上使用附图标记100标示。LED显示系统100在这些实施例中包括：LED标志显示器104，其与一个或多个计算装置102进行无线通信，例如，一个或多个台式计算机、膝上型计算机、智能手机、平板电脑，和类似物，其中使用适合的无线通信技术，例如：无线保真
Figure BDA0002280355360000061
(WI-FI是美国佐治亚州亚特兰大的City ofAtlanta DBA Hartsfield-Jackson Atlanta International Airport Municipal公司的注册商标)，蓝牙
Figure BDA0002280355360000062
(蓝牙是美国华盛顿州柯克兰的Bluetooth Sig公司的注册商标)，紫蜂
Figure BDA0002280355360000063
(ZIGBEE美国加利福尼亚州圣拉蒙的ZigBee Alliance公司的注册商标)，无线移动通信技术(例如，GSM(全球移动通信系统)，CDMA(码分多址)，LTE(长期演进)，等等)，和/或类似技术。
LED标志显示器104包括：一个或多个LED显示模块106(图3A显示出其后侧，图3B显示出其前侧)；网关108；和交流(AC)－直流(DC)功率供应器110(称为AC/DC功率供应器)。AC/DC功率供应器110将来自外部功率源116的电功率转换为DC功率，并经由电缆118将DC功率输出到LED显示模块106中。
在这些实施例中，一个或多个LED显示模块106与网关108进行无线通信。网关108还与一个或多个计算装置102进行无线通信以在计算装置102与LED显示模块106之间传送数据。
还参见图4A(其显示出LED显示模块106的后侧)，在这些实施例中，每个LED显示模块106是柔性LED显示模块，并包括以柔性方式相互联接的多个LED显示子模块112。每个LED显示子模块112包括一个或多个LED 114。因此，不同于现有技术的LED标志显示器(其通常具有平面式显示表面)的是，柔性LED显示模块106可被构造以形成非平面的显示表面，例如图4B中所示的曲形显示表面120。在其他实施例中，至少一个LED显示模块106可为传统的非柔性的LED显示模块。
在这些实施例中，每个LED显示子模块112包括其中集成的无线通信单元。图5A是LED功率集成电路(IC)芯片122的示意性立体图，其包括无线通信单元124，用于与网关108进行无线通信。
图5B是LED子模块112的简化方框示意图。如图所示，LED子模块112在其中包括和集成一个或多个LED 114和LED功率集成电路(IC)芯片122(其提供多功能集成解决方案以单独对LED子模块112的LED114进行供电和控制)。LED功率IC 122包括：无线通信单元124，例如射频(RF)收发器，数字控制单元126，或多输出DC/DC转换器128。
无线通信单元124从数字标志物100的网关108(或者中央控制器)接收控制信息，例如颜色、发光强度，等等。在此实施例中，网关108物理分离于先进LED显示模块106，并响应于从一个或多个计算装置102所接收的指令而经无线通信连接部109与每个LED子模块112的LED功率IC 122的无线通信单元124进行通信，以控制每个LED子模块112中的对应LED114。无线通信单元124还将LED子模块112中的每个LED 114的状态报告给计算装置102，用于诊断和解决问题的目的。无线通信单元124因而不需要传统设计中的控制线。
数字控制单元126为多输出DC/DC转换器128提供控制信号。其还接收来自无线通信单元124的高电平信号，然后解码其中的信息，最终产生适合栅信号用于多输出DC/DC转换器128的数字开关，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关。每个数字控制单元126提供显著适应性以通过优化方式控制相应LED子模块112的LED 114，通过无线通信单元124更新所需信息，并接收系统更新。
参图3A和3B中所示实施例，计算装置102可经由无线通信单元124与LED显示子模块112进行无线通信以将图像通过一个或多个LED显示模块106显示在LED标志显示器表面120上。在一些实施例中，每个LED显示子模块112还可将数据传送到计算装置102以报告其状态、诊断，等等。
因此，通过这种设计，LED显示系统100不需要用于在计算装置102与LED显示模块106之间进行数据通信的数据电缆和发送盒。
图6的方框示意图显示出LED显示系统100的软件结构130。如图所示，计算装置102包括和执行：应用程序132；LED显示界面134(例如LED显示软件驱动器)；和无线通信界面136。应用程序132与LED显示界面134进行通信以执行应用级动作，例如，指令LED标志显示器104显示图像和/或指令LED标志显示器104报告其状态。
LED显示界面134从应用程序132接收应用级指令，将应用级指令翻译为可由LED标志显示器104执行的机器级指令，并将机器级指令经由计算装置102的通信界面136发送给网关108。
例如，LED标志显示器104可包括多个LED显示模块106。当应用程序132将图像通过一个或多个LED显示模块106而显示在LED标志显示器104上时，应用程序132发送给LED显示界面134拟显示图像以及应用级图像显示指令。
LED显示界面134将图像显示指令翻译为一个或多个机器级图像显示指令，确定和标记需要显示在每个LED显示模块106的每个LED显示子模块112上的图像部分，并将标记的图像和机器级图像显示指令集经由通信界面136无线传送给网关108。
网关108从LED显示界面134接收标记的图像和机器级图像显示指令集，识别拟发送给每个LED显示子模块112的数据(包括指令和图像数据)，并将识别的数据无线发送给相应的LED显示子模块112。
每个LED显示子模块112的RF收发器124接收数据，并指令LED显示子模块112的数字控制单元126调节其每个LED的发光(例如开启、关闭、光强度、颜色，等等)。结果，图像于是被显示在LED标志显示器104的一个或多个LED显示模块106上。
图7的方框示意图显示根据一些可替代实施例的LED显示系统100的软件结构150。软件结构150类似于图6中所示软件结构130，区别在于，在这些实施例中，计算装置102不包括任何LED显示界面。而是，网关108包括LED显示界面154，例如采取固件程序的形式。
当显示图像时，应用程序132在计算装置102中运行，计算装置102经由无线通信界面136将图像显示指令和拟显示图像无线传送给网关108。网关108经由其无线通信界面152无线接收图像显示指令和图像，并使用LED显示界面154将图像显示指令翻译为一个或多个机器级图像显示指令、识别拟发送到每个LED显示子模块112的数据(包括指令和图像数据)、经由无线通信界面152将识别的数据无线发送给相应的LED显示子模块112。
每个LED显示子模块112的RF收发器124接收数据，并指令LED显示子模块112的数字控制单元126调节其每个LED的发光(例如开启、关闭、光强度、颜色，等等)。结果，图像于是被显示在LED标志显示器104的一个或多个LED显示模块106上。
图8A显示出根据一些可替代实施例的LED显示系统200。类似于图3中所示LED显示系统100，LED显示系统200在这些实施例中包括：一个或多个计算装置102，其使用适合的无线通信技术与LED标志显示器104进行无线通信。LED标志显示器104在这些实施例中包括：一个或多个LED显示模块106，其与网关108进行无线通信。网关108还与一个或多个计算装置102进行无线通信，以在计算装置102与LED显示模块106之间传送数据。
每个LED显示模块106可为柔性LED显示模块并可包括以柔性方式相互联接的多个LED显示子模块112。因此，柔性LED显示模块106可被构造以形成非平面的显示表面。在其他实施例中，至少一个LED显示模块106可以是传统的非柔性的LED显示模块。
不同于图3中所示LED显示系统100，LED显示模块106的子模块112不包括任何无线通信单元。而是，每个LED显示模块106进一步在其中包括和集成：无线通信子中枢202，其经由适合电路(未示出)连接到其子模块112。
如图8B中所示，LED显示模块106在这些实施例中还包括：由适合柔性材料(例如柔性橡胶)制成的柔性壳体结构119。柔性壳体结构119包括多个单元或袋部121，用于在其中接纳多个LED显示子模块112(图8B中未示出)；中心袋部121A，用于接纳无线通信子中枢202(图8B中未示出)。柔性壳体结构119还包括：在其中嵌入的多个导电体或线，用于将袋部121和121A中接纳的LED显示子模块112和无线通信子中枢202相互连接。
图9的方框示意图显示出LED显示系统100的软件结构230。如图所示，计算装置102包括和执行：应用程序132；LED显示界面134；无线通信界面136。应用程序132与LED显示界面134进行通信以执行应用级动作，例如，指令LED标志显示器104显示图像或指令LED标志显示器104报告其状态。
LED显示界面134从应用程序132接收应用级指令，将应用级指令翻译为可由LED标志显示器104执行的机器级指令，并将机器级指令经由计算装置102的通信界面136发送给网关108。
例如，LED标志显示器104可包括多个LED显示模块106。当应用程序132将图像通过一个或多个LED显示模块106而显示在LED标志显示器104上时，应用程序132发送给LED显示界面134拟显示图像以及应用级图像显示指令。
LED显示界面134将图像显示指令翻译为一个或多个机器级图像显示指令，确定和标记需要显示在每个LED显示模块106的每个LED显示子模块112上的图像部分，并将标记的图像和机器级图像显示指令集经由通信界面136无线发送给网关108。
网关108从LED显示驱动器134接收标记的图像和机器级图像显示指令集，识别拟发送给每个LED显示模块106的数据(包括指令和图像数据)，并将识别的数据无线发送给相应LED显示模块106的通信子中枢202。
在每个LED显示模块106中，其通信子中枢202从网关108接收数据，识别拟发送给每个LED显示子模块112的数据(包括指令和图像数据)，并将识别的数据发送给相应LED显示子模块112的数字控制单元126。作为响应，LED显示子模块112的每个数字控制单元126调节其每个LED的发光(例如开启、关闭、光强度、颜色，等等)。结果，图像于是被显示在LED标志显示器104的多个LED显示模块106上。
图10显示出根据可替代实施例的LED显示系统300。LED显示系统300类似于图8A中所示LED显示系统200，区别在于，在此实施例中，每个LED显示模块106包括：有线通信子中枢302，其经由功率线118与网关108进行通信。在图10中，以附图标记118标记的粗线表示用于为LED显示模块106供电的功率线118，以附图标记118标记的细联接表示用于通信的相同功率线118。
此实施例的优点在于：LED显示模块106以及网关108可将其功率线用作数据通信电缆，因而不需要分立的数据通信电缆或无线通信单元。
图11显示出有线通信子中枢302的示意性立体图。在这个实施例中，有线通信子中枢302包括功率线通信(PLC)单元324，用于与网关108通信。
图12是通信子中枢302的PLC单元324的简化电路示意图。如图所示，PLC单元324包括：低通滤波器(LPF)组块332，数据获取组块334，PLC通信组块336。LED显示系统300的软件结构类似于图9中所示，区别在于，通信子中枢经由功率线与网关108进行通信。
如图12中所示，LPF组块332电连接到DC功率线118。如前所述，DC功率线118进而经由AC/DC转换器110电连接到AC功率源116(见图3和10)，并在一些实施例中可具有约48V的DC电压。
LPF组块332过滤电流，以减少干扰和/或噪声。数据获取组块334从数字控制单元126获取数据，和/或使用数字控制单元126调节LED的发光。PLC通信组块336(其为数据收发器)用于从数据获取组块334接收数据并将接收的数据通过功率线338发送。PLC通信组块336还可从功率线338接收数据并将接收的数据发送给数据获取组块334。
在图10中所示实施例中，需要数据线在每个LED显示子模块112与通信子中枢302之间建立数据通信。在一些可替代实施例中，类似于图10中所示的LED显示系统300，LED显示子模块112和通信子中枢302通过常用的高电压(例如约48V(DC功率源))经由适合功率线供电。在这些实施例中，每个LED显示子模块112还包括：PLC单元324，用于经由48V的DC功率线与通信子中枢302进行通信。
在一些可替代实施例中，类似于图3中所示LED显示系统100，每个LED显示子模块112包括：有线通信子中枢302，其具有PLC单元324，用于经由功率线304直接与网关108进行通信。
在一些可替代实施例中，LED标志显示器可为LED发光/照明设备，可用于发光/照明目的。对应地，这些实施例中的LED系统于是被称为LED发光/照明系统。
虽然各实施例已在上文中参照附图描述，不过本领域技术人员应认识到，在不背离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可进行变化和修改。

Claims (18)

1.一种发光二极管(LED)设备，包括：
至少一个LED显示模块，每个LED显示模块包括多个LED和至少一个通信单元；和
网关，其功能性联接到所述至少一个通信单元，所述网关被构造以无线接收用于控制所述LED设备的一个或多个命令，并响应于接收到的一个或多个命令而无线地或者经由直流(DC)功率线向所述至少一个通信单元发送一个或多个指令以用于控制所述多个LED的发光。
2.根据权利要求1所述的LED设备，其中每个LED显示模块进一步包括多个LED显示子模块，每个LED显示子模块包括所述多个LED的子组。
3.根据权利要求2所述的LED设备，其中每个LED显示模块包括多个通信单元；并且其中所述多个LED显示子模块中的每个包括所述多个通信单元中的一个。
4.根据权利要求2所述的LED设备，其中每个LED显示模块包括仅一个通信单元。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的LED设备，其中每个LED子模块进一步包括控制单元，其与所述至少一个通信单元处于信号通信，并被构造以控制所述LED子模块中的所述多个LED的发光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的LED设备，其中所述至少一个LED显示模块包括柔性显示表面，其能够被构造为非平面的显示表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的LED设备，其中所述功率线具有约48V的电压。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的LED设备，其中所述网关被构造以经由所述DC功率线与所述至少一个通信单元进行通信；并且其中所述至少一个通信单元包括低通滤波器(LPF)，用于过滤所述DC功率线的电流以减少干扰和/或噪声。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的LED设备，其中所述至少一个通信单元进一步包括数据获取部件，用于收集所述LED的数据并且用于调节所述LED的发光。
10.根据权利要求9所述的LED设备，其中所述至少一个通信单元进一步包括通信部件，其功能性联接到所述数据获取部件以对所述数据获取部件收发数据。
11.一种LED显示模块，包括：
多个LED显示子模块，每个LED显示子模块包括一个或多个LED；
通信中枢，其被构造以与所述多个LED显示子模块进行通信以调节其的所述一个或多个LED的发光；
网关，其被构造以与所述通信中枢进行通信并且与一个或多个计算装置进行无线通信。
12.根据权利要求11所述的LED显示模块，进一步包括：
柔性壳体结构，其包括用于在其中接纳所述多个LED显示子模块的多个袋部，以及用于接纳所述通信中枢的中心袋部。
13.根据权利要求11或12所述的LED显示模块，其中所述通信中枢是无线通信中枢，用于与所述网关进行无线通信。
14.根据权利要求11或12所述的LED显示模块，其中所述通信中枢是有线通信中枢，用于经由DC功率线与所述网关进行通信。
15.根据权利要求14所述的LED显示模块，其中所述DC功率线具有约48V的电压。
16.根据权利要求14或15所述的LED显示模块，其中所述通信中枢包括低通滤波器(LPF)，用于过滤所述DC功率线的电流以减少干扰和/或噪声。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的LED显示模块，其中所述通信中枢进一步包括数据获取部件，用于收集所述LED的数据并且用于调节所述LED的发光。
18.根据权利要求17所述的LED显示模块，其中所述通信中枢进一步包括通信部件，其功能性联接到所述数据获取部件以对所述数据获取部件收发数据。
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