CN110769559A - 一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，包括电脑、USB TO TTL转接器、LED驱动电源、灯具及调光器，其中，所述电脑通过所述USB TO TTL转接器依次与所述LED驱动电源及所述调光器连接，所述LED驱动电源依次与所述灯具及所述调光器连接。本发明的有益效果为：通过将调光、编程、供电功能全部集合到一个接口，只需要两根线就可以实现全部功能，这样即可以节约很多成本，同时也方便了生产，管理和客户的使用。大大降低了LED驱动电源的物料成本与生产成本，充分利用了各种接口的分时复用特性，使产品使用更加方便。

Description

一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统

技术领域

本发明涉及LED电源技术领域，具体来说，涉及一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统。

背景技术

当前智能化科技日渐发展，日新月异，已经深入到各行各业。智能化已经是必然的发展趋势，被誉为是新的工业革命，前进才能赶上潮流。LED驱动行业也是一样。起初，LED驱动只是起到简单照明的作用，没有智能化控制及软件编程。原先的LED驱动电源输出一个恒定的电流或者电压即可，没有所谓的调光、控制及编程方面的需求。要求比较单一，只需要输出稳定，灯光不闪烁。随着市场和客户的需求增加，人们逐渐意识到单一的照明已经不能满足市场需求。增加智能化控制既能方便管理，灵活运用，还能节约能源，大大增加驱动电源和灯珠的寿命。于是智能调光和软件编程开始进入到LED驱动行业。

在智能化加入到LED驱动电源以后，也会遇到一些的问题。如果需要随时可以修改和升级内部程序，就需要在驱动电源的外壳上增加编程接口；如果要连接外部的调光器，还需要增加一个调光接口，而且市场上很多调光器本身需要外接一个12V直流供电才能工作；另外如果要想可以随时改变和监控驱动的运行参数，就需要通信接口。

现有最常用的方法是编程接口放在电源内部，编程必须在电源装壳以前完成，一旦电源装上外壳并灌胶就无法修改内部程序。然后外壳的侧盖上分别再安装一个通信接口和一个调光接口，而给调光器供电目前最常用的方法是给调光器增加一个恒压电源，但这样增加了成本。并且要想进行通信监控或者修改电源内部的运行参数，就必须要给电源输入交流电，使电源处于工作状态才能进行。这样做既增加了物料成本和生产成本，而且非常不方便操作，对操作的场地环境要求较高(必须要有交流输入给驱动电源供电)。而且生产完成的驱动电源是不能对内部程序进行修改升级的。这样的话，如果程序存在问题会导致整个驱动电源不能正常工作甚至报废。如果要对软件增加新功能，也必须要重新生产，不能直接对成品进行软件升级。不仅增加了风险，也间接增加了成本。

图4是通用的烧录接口，如图所示，该烧录接口中，VREF是作为供电接口，烧录器可以通过这个引脚给单片机提供3.3V或者5V的工作电压。P1.6是作为ICPDA用，ICP编程数据输入输出脚，编程数据从这个接口进行传输，由于用这一个引脚同时作为数据的输入和输出，因此是半双工通信。P0.2作为ICPCK用，是ICP编程时钟输入脚，烧录器通过该引脚给单片机输入一个固定的方波，作为编程的输入时钟。RST是复位引脚，用以外部信号复位芯片，在编程过程中，该引脚也用于进入或退出ICP模式。当RST为低电平时，在P1.6上输入一串特定的数据，单片机就进入ICP模式，然后RST置高，开始编程。当编程数据全部传输完毕后，将RST重新置低，单片机复位，退出ICP模式。

图5是常用的TTL串口通信模型图，从图5可以看出，在比较常用的TTL串口通信电路中，一般需要四根线：VCC，给单片机提供3.3V或者5V的工作电压，当然如果有其他的VCC供应源，可以不要这条线；RX，数据由TTL转接器传送给单片机的接收脚；TX，数据由单片机发送脚发出；最后就是地线。

图6是常用的调光信号检测电路图，由图6可以看出，再常用的调光过程中至少需要两根线：DIM，调光信号输入线；DGND，调光信号地线。

根据以上的分析来看，如果用常的用方式，那么要想同时能给LED驱动电源实现编程，通信和调光功能，需要3个接口以及许多根线。这样无疑是一项很高的成本，同时也增加了生产难度。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对LED驱动电源接口多且不方便操作的问题，本发明提出一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，能到达一个接口就能解决调光、编程、通信及供电这些所有需求的目的，在LED驱动电源的侧盖只需要一个接口，此接口一共引出三根线(从电源内部引出的12V直流输出线，通信及调光复用线、地线)，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，包括电脑、USB TO TTL转接器、LED驱动电源、灯具及调光器，其中，所述电脑通过所述USB TO TTL转接器依次与所述LED驱动电源及所述调光器连接，所述LED驱动电源依次与所述灯具及所述调光器连接；其中，所述LED驱动电源内部设置有调光小板，所述调光小板的一端依次与地线的一端及12V输出线的一端连接，且所述地线的另一端依次与所述USB TO TTL转接器及所述调光器连接，所述12V输出线的另一端与所述调光器连接；所述调光小板上依次设置有MCU模块、调光线兼容通信电路及线性稳压电路，且所述MCU模块依次与所述调光线兼容通信电路及所述线性稳压电路连接，所述调光线兼容通信电路与所述线性稳压电路均与通信兼容调光线的一端连接，所述通信兼容调光线的另一端依次与所述USB TO TTL转接器及所述调光器连接。

进一步的，所述调光线兼容通信电路包括调光电路、通信发送电路和通信接收电路，且所述调光电路的两端分别与所述MCU模块上的调光检测口AIN6及所述通信发送电路连接，所述通信发送电路与所述通信接收电路相配合。

进一步的，所述调光电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、DIM信号端及DGND信号端。

进一步的，所述电阻R1的一端依次与所述MCU模块上的调光检测口AIN6及所述电容C1的一端连接，所述电阻R1的另一端依次与所述电容C2的一端、所述电阻R2的一端及所述电阻R3的一端连接，所述电阻R2的另一端依次与所述DIM信号端及所述通信发送电路连接，所述电容C1的另一端依次与所述电容C2的另一端、所述电阻R3的另一端及所述DGND信号端连接。

进一步的，所述通信发送电路包括二极管D、三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、TX信号端及VREF信号端。

进一步的，所述二极管D的正极与所述DIM信号端连接，所述二极管D的负极与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极依次与所述电阻R7的一端及所述DGND信号端连接，所述三极管Q2的基极依次与所述电阻R7的另一端及所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极依次与所述VREF信号端及所述电阻R4的一端连接，所述三极管Q1的基极依次与所述电阻R4的另一端及所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述TX信号端连接。

进一步的，所述通信接收电路包括电阻R8、电阻R9及RX信号端，其中，所述电阻R8的一端与所述DIM信号端连接，所述电阻R8的另一端依次与所述电阻R9的一端及所述RX信号端连接，所述电阻R9的另一端与所述DGND信号端连接。

进一步的，所述三极管Q1为PNP型三极管。

进一步的，所述三极管Q2为NPN型三极管。

本发明的有益效果为：通过将调光、编程、供电功能全部集合到一个接口，只需要两根线就可以实现全部功能，这样即可以节约很多成本，同时也方便了生产，管理和客户的使用。大大降低了LED驱动电源的物料成本与生产成本，充分利用了各种接口的分时复用特性，使产品使用更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统的原理框图；

图2是根据本发明实施例的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统的LED驱动电源的原理框图；

图3是根据本发明实施例的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统的调光线兼容通信电路图；

图4是通用的烧录接口图；

图5是常用的TTL串口通信模型图；

图6是常用的调光信号检测电路图。

图中：

1、电脑；2、USB TO TTL转接器；3、LED驱动电源；4、灯具；5、调光器；6、调光小板；7、MCU模块；8、调光线兼容通信电路；9、线性稳压电路；10、调光电路；11、通信发送电路；12、通信接收电路。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-3所示，根据本发明实施例的多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，包括电脑1、USB TO TTL转接器2、LED驱动电源3、灯具4及调光器5，其中，所述电脑1通过所述USB TO TTL转接器2依次与所述LED驱动电源3及所述调光器5连接，所述LED驱动电源3依次与所述灯具4及所述调光器5连接；其中，所述LED驱动电源3内部设置有调光小板6，所述调光小板6的一端依次与地线的一端及12V输出线的一端连接，且所述地线的另一端依次与所述USB TO TTL转接器2及所述调光器5连接，所述12V输出线的另一端与所述调光器5连接；所述调光小板6上依次设置有MCU模块7、调光线兼容通信电路8及线性稳压电路9，且所述MCU模块7依次与所述调光线兼容通信电路8及所述线性稳压电路9连接，所述调光线兼容通信电路8与所述线性稳压电路9均与通信兼容调光线的一端连接，所述通信兼容调光线的另一端依次与所述USB TO TTL转接器2及所述调光器5连接。

在一个实施例中，所述调光线兼容通信电路8包括调光电路10、通信发送电路11和通信接收电路12，且所述调光电路10的两端分别与所述MCU模块7上的调光检测口AIN6及所述通信发送电路11连接，所述通信发送电路11与所述通信接收电路12相配合。

在一个实施例中，所述调光电路10包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、DIM信号端及DGND信号端。

在一个实施例中，所述电阻R1的一端依次与所述MCU模块7上的调光检测口AIN6及所述电容C1的一端连接，所述电阻R1的另一端依次与所述电容C2的一端、所述电阻R2的一端及所述电阻R3的一端连接，所述电阻R2的另一端依次与所述DIM信号端及所述通信发送电路11连接，所述电容C1的另一端依次与所述电容C2的另一端、所述电阻R3的另一端及所述DGND信号端连接。

在一个实施例中，所述通信发送电路11包括二极管D、三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、TX信号端及VREF信号端。

在一个实施例中，所述二极管D的正极与所述DIM信号端连接，所述二极管D的负极与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极依次与所述电阻R7的一端及所述DGND信号端连接，所述三极管Q2的基极依次与所述电阻R7的另一端及所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极依次与所述VREF信号端及所述电阻R4的一端连接，所述三极管Q1的基极依次与所述电阻R4的另一端及所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述TX信号端连接。

在一个实施例中，所述通信接收电路12包括电阻R8、电阻R9及RX信号端，其中，所述电阻R8的一端与所述DIM信号端连接，所述电阻R8的另一端依次与所述电阻R9的一端及所述RX信号端连接，所述电阻R9的另一端与所述DGND信号端连接。

在一个实施例中，所述三极管Q1为PNP型三极管。

在一个实施例中，所述三极管Q2为NPN型三极管。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

在实际应用时，针对LED驱动电源3接口多且不方便操作的问题，本发明提出一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，能到达一个接口就能解决调光、编程、通信及供电这些所有需求的目的，在LED驱动电源3的侧盖只需要一个接口，此接口一共引出三根线(从电源内部引出的12V直流输出线，通信及调光复用线、地线)。

在通信及编程时，只需要接通信及调光复用线和地线，此时通信及调光复用线只做通信用，12V输出线可以悬空。电脑1里的人机交互软件通过USB接口发送指令，这些指令通过USB TO TTL转接器2传送给LED驱动电源3。这些指令可以是用于修改或监控LED驱动电源3内部运行参数的通信指令，也可以是用于修改LED驱动电源3内部程序的编程指令。只要事先在MCU模块7的底层程序里实现了在线升级的功能，就可以直接通过通信指令来修改底层程序。此时的通信及调光复用线除了用于通信外，转接器同时还通过这根线给驱动电源内部的MCU模块7供电。这样的话就不需要给驱动电源提供220V输入也能给它通信和编程，即实现离线编程。

如图1所示，在调光时，通信及调光复用线只做调光用，12V输出线可以用于给调光器5供电。原来用作通信的那根线在此时只作调光用，在正常使用中，调光时LED驱动电源3需要输入220V交流电，输出端会带负载或者灯具4。此时从LED驱动电源3内部引出的12V输出线可以用来给调光器5提供工作电压。

由于通信编程和调光是分时用的，即通信时不调光，调光时不通信。也就是说在正常使用中，调光和通信不会同时发生。所以把调光和通信用同一个接口复用并不冲突。这样的话就解决了之前提到的所有问题，一个接口满足了调光，编程，通信及供电这些所有需求。

如图2-3所示，电路图中的DIM和DGND两个信号分别通过两根线引到电源外部，用于调光，通信，编程。

电路的工作原理是：当调光时，调光信号通过DIM引入，该信号最高为10V。AIN6是单片机的AD检测引脚，由于单片机引脚电压最高不能超过5V，所以调光信号先通过两个电阻分压到最高不超过5V。由于调光信号可以是模拟的0到10V电压信号，也可以是幅值不超过10V的PWM信号，所以还要通过两级RC滤波电路把输入的信号滤成较为平稳的模拟电压。然后再接到单片机的AD检测口，给单片机检测其电压值，单片机根据该电压值控制LED驱动电源3的输出电流。从图中可以看出，在调光的时候，调光信号被通信发送电路中三极管的集电极阻断，无法到达TX信号端。但是调光信号可以通过通信接收电路到达RX信号端脚，这样单片机的串口接收RX信号端就会收到调光信号，但是由于调光信号不是标准的串口信号，软件上的处理可以过滤掉这些信号。当通信编程时，DIM和DGND线接到USB TO TTL转接器2。这个时候没有调光信号引入，在DIM上传输的是通信信号，包括TX信号和RX信号。电脑(APP)是主机，单片机(MCU模块7)是从机。空闲时，USB TO TTL转接器2持续往DIM输入一个10V的上拉电压，该电压通过通信接收电路12上的电阻R8及R9分压为5V的高电平后接到单片机的RX信号端，使得单片机可以检测到通信线上的空闲信号。主机发送的信号，通过DIM线传输。由于通信发送电路11的单向传输特性(信号在通过二极管D后会被三极管Q2的集电极阻断)，主机发送的信号不会干扰单片机TX信号端的电平。但是该信号可以通过通信接收电路12分压以后传输到RX信号端，使得单片机可以接收主机发来的通信信号。当单片机要发数据的时候，数据由TX引脚发出，通过通信发送电路11传输到DIM线上。当TX为高时，通信发送电路11左边的三极管Q1不导通，右边的三极管Q2同样不导通，DIM上的电压维持高电平。而当TX为低时，通信发送电路11左边的三极管Q1导通，右边的三极管Q2同样导通，DIM上的电压被拉为低电平。通过这个电路的逻辑，TX上的信号可以完整发送出去，被主机所接收。由于TX发送的信号也会被RX接收到，所以单片机的软件需要做出判断，如果接收到的是自己发出的信号，则忽略。

将DIM线通过一系列电路分别接到单片机的调光检测口AIN6，通信发送口TX，通信接收口RX。另外在通信时，USB TO TTL转接器2还通过DIM线输出一个10V的电压，此电压通过一个线性稳压电路变成5V接到单片机的VDD引脚(未列图)。这样，在通信时就不需要再另外给LED驱动电源3供电了。通过这一些的电路处理，只需要在LED驱动电源3的外壳上安装一个接口(两根线：DIM和DGND)，就可以同时实现调光，通信和供电的作用了。在调光时，调光信号通过DIM输入到LED驱动内部，通过调光电路到AIN6引脚给单片机进行检测，单片机根据检测到的调光信号控制LED驱动电源3的输出电流。由图可以看到，不但调光和通信接口放到了一起，就连原本应该分开的TX和RX也通过一系列电路接到了DIM这同一根线上。在通信时，USB TO TTL转接器2内部同样通过一个电路将TX和RX接到DIM这一根线上。这样数据的输入和输出经过一根线来完成就是把原来的全双工变成了半双工通信，发送和接收不能同时进行，所以在程序里面对于通信也要做相应的处理。有了这个通信电路，LED驱动电源3外面的APP软件就可以随时修改驱动内部的运行参数，进行编程。另外，如果程序里添加了BOOTLOAD，实现在线加载功能的话，即使LED驱动电源3已经装壳并灌胶，也可以直接通过DIM和DGND这两根线来重新烧录新的程序。通过以上电路和技术我们实现了一口多用，但是需要注意的是各个功能口都要可以正常使用，这就是电路设计时需要考虑的。通过分析电路我们可以知道，调光时，调光信号是会传输到RX口的，但是由于这不标准的UART信号，所以程序会过滤掉这些信号。而通信时，通信信号也会传输到调光检测口上，但是由于通信的时候电源处于离线状态，即LED电源没有工作，没有输出电流，所以不影响正常使用时候的调光。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将调光，编程，供电功能全部集合到一个接口，只需要两根线就可以实现全部功能，这样即可以节约很多成本，同时也方便了生产，管理和客户的使用。硬件电路与软件设计相结合，用一个接口两根线，既可以给内部的单片机供电，实现离线编程和升级，又能用于调光。如果增加一个12V稳压输出线，还能给外部的调光器供电，一个接口多个用途。这样大大节约了成本，方便生产，给客户带来很好的使用体验。关键技术点是多个接口的兼容以及分时复用。通过一系列电路，将调光检测口，单片机的电源供应口(VDD)，通信发送口TX，通信接收口RX全部通过DIM一根线引出来。在设计电路时考虑了各信号是否会相互干扰，是否可以兼容。由于调光和通信是不会同时进行的，所以不会干扰。而TX和RX虽然接到一根线上，但是通过程序的处理可以实现半双工通信。供电和通信是同时进行的，通信的时候会影响供电，但是在硬件和软件上都做了蓄电处理。硬件上，在VDD除放一个蓄电的电容；软件上，通信时在每个字节之间增加一个0xff字节，这样就可以在每发送完一个字节后，通过这个0xff给电容蓄电。大大降低了LED驱动电源的物料成本与生产成本，充分利用了各种接口的分时复用特性，使产品使用更加方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，包括电脑(1)、USB TOTTL转接器(2)、LED驱动电源(3)、灯具(4)及调光器(5)，其中，所述电脑(1)通过所述USB TOTTL转接器(2)依次与所述LED驱动电源(3)及所述调光器(5)连接，所述LED驱动电源(3)依次与所述灯具(4)及所述调光器(5)连接；

其中，所述LED驱动电源(3)内部设置有调光小板(6)，所述调光小板(6)的一端依次与地线的一端及12V输出线的一端连接，且所述地线的另一端依次与所述USB TO TTL转接器(2)及所述调光器(5)连接，所述12V输出线的另一端与所述调光器(5)连接；

所述调光小板(6)上依次设置有MCU模块(7)、调光线兼容通信电路(8)及线性稳压电路(9)，且所述MCU模块(7)依次与所述调光线兼容通信电路(8)及所述线性稳压电路(9)连接，所述调光线兼容通信电路(8)与所述线性稳压电路(9)均与通信兼容调光线的一端连接，所述通信兼容调光线的另一端依次与所述USB TO TTL转接器(2)及所述调光器(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述调光线兼容通信电路(8)包括调光电路(10)、通信发送电路(11)和通信接收电路(12)，且所述调光电路(10)的两端分别与所述MCU模块(7)上的调光检测口AIN6及所述通信发送电路(11)连接，所述通信发送电路(11)与所述通信接收电路(12)相配合。

3.根据权利要求2所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述调光电路(10)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、DIM信号端及DGND信号端。

4.根据权利要求3所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述电阻R1的一端依次与所述MCU模块(7)上的调光检测口AIN6及所述电容C1的一端连接，所述电阻R1的另一端依次与所述电容C2的一端、所述电阻R2的一端及所述电阻R3的一端连接，所述电阻R2的另一端依次与所述DIM信号端及所述通信发送电路(11)连接，所述电容C1的另一端依次与所述电容C2的另一端、所述电阻R3的另一端及所述DGND信号端连接。

5.根据权利要求4所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述通信发送电路(11)包括二极管D、三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、TX信号端及VREF信号端。

6.根据权利要求5所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述二极管D的正极与所述DIM信号端连接，所述二极管D的负极与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极依次与所述电阻R7的一端及所述DGND信号端连接，所述三极管Q2的基极依次与所述电阻R7的另一端及所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的发射极依次与所述VREF信号端及所述电阻R4的一端连接，所述三极管Q1的基极依次与所述电阻R4的另一端及所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述TX信号端连接。

7.根据权利要求6所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述通信接收电路(12)包括电阻R8、电阻R9及RX信号端，其中，所述电阻R8的一端与所述DIM信号端连接，所述电阻R8的另一端依次与所述电阻R9的一端及所述RX信号端连接，所述电阻R9的另一端与所述DGND信号端连接。

8.根据权利要求6所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述三极管Q1为PNP型三极管。

9.根据权利要求6所述的一种多接口兼容复用的通信、调光及编程系统，其特征在于，所述三极管Q2为NPN型三极管。

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