CN111083845A - 一种基于i2c总线的灯光高频控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于I2C总线的灯光高频控制系统，包括下位机总控、下位机客户机、信号门控制器和灯光群，下位机总控与信号门控制器相连，信号门控制器连接多台下位机客户机，下位机客户机与灯光群连接。本发明利用总线的方式实现了对灯光群高频的亮灭及亮度控制，同时还实现对灯光群中指定灯光的同时控制，本专利提出的基于I2C总线协议的灯光控制系统控制灯光数量不受限，解决了总线控制模式下不能同时选择指定的多台被控端问题，实现了多台灯光的独立控制和同时控制效果。

Description

一种基于I2C总线的灯光高频控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及灯光控制，具体是一种基于I2C总线的灯光高频控制系统及其控制方法。

背景技术

随着高速相机技术的发展，高帧率、高清晰度的拍摄对拍摄时灯光的需求也越来越高。传统的灯光控制系统如目前市场上使用最多的由美国舞台灯光协会(USITT)提出的DMX512协议，它给出了一种灯光控制器与灯具设备之间通信的协议标准。但是DMX512协议在传输最大512帧数据时其支持的最大刷新速率为44.39次/秒。这对于一秒钟动辄上百上千帧的拍摄速率而言没法在高速拍摄下抓取到更多的不同的灯光亮度、颜色等信息。

同时，如DMX512协议等市场上几乎所有的灯光控制系统为了一个控制台控制更多的灯，都会采用总线控制方式，这种一次只能发送一个地址及对应的亮度控制信息的模式使得被控的灯光群要么在广播地址下全部亮起或在独立地址下只亮起对应的灯，而无法实现灯光群中的指定的一片灯光同时点。

发明内容

由于传统的灯光控制系统无法实现对灯光的高频控制以及无法实现对被控灯光群中指定灯光的同时控制，本发明提供了一种基于I2C总线协议结合信号门控器的全新灯光控制系统，该系统同时实现了对被控灯光群的高频控制和对被控灯光群中多个指定灯光的同时控制。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于I2C总线的灯光高频控制系统，包括下位机总控、下位机客户机、信号门控制器和灯光群，下位机总控与信号门控制器相连，信号门控制器连接多台下位机客户机，下位机客户机与灯光群连接；

所述下位机总控用于统一管理、控制灯光群的点亮和亮度；

所述信号门控制器用于接收下位机总控的点亮和亮度控制信息，进而选择向灯光群中的灯光发送控制信号；

所述下位机客户机中包含信号接收处理及发送模块和高速开关模块，下位机客户机接收到要点亮和亮度控制信息后，调制控制信号并发送至高速开关，控制其高速通断进而实现对灯光的控制。

作为本发明再进一步的优选方案，所述下位机总控与信号门控制器通过地址选择线和总线相连。

作为本发明再进一步的优选方案，所述信号门控制器的各路I/O口通过总线连接对应的多台下位机客户机。

作为本发明再进一步的优选方案，所述高速开关的开关速率以及最大电压电流值根据被控灯光的型号及控制要求进行选择。

作为本发明再进一步的优选方案，本发明在上述方案的基础上，还提供一种基于I2C总线的灯光高频控制系统，包括上位机、下位机总控、下位机客户机、信号门控制器和灯光群，上位机与下位机总控通信，下位机总控与信号门控制器相连，信号门控制器连接多台下位机客户机，下位机客户机与灯光群连接；

所述上位机用于统一管理控制灯光群的点亮和亮度，并将该信息发送至下位机总控进行统一分发；

所述信号门控制器用于接收下位机总控分发的点亮和亮度控制信息，进而选择向灯光群中的灯光发送控制信号；

所述下位机客户机中包含信号接收处理及发送模块和高速开关模块，下位机客户机接收到要点亮和亮度控制信息后，调制控制信号并发送至高速开关，控制其高速通断进而实现对灯光的控制。

作为本发明再进一步的优选方案，所述上位机通过串口与下位机总控相连。

本发明在上述方案的基础上，还提供一种基于I2C总线的灯光高频控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)下位机总控通过地址选择线控制信号门控制器选择开放对应的I/O端口，同时下位机总控的输入输出总线通过信号门控制器开放的I/O端口将信号发送出去；

(2)下位机客户机拉取总线上的信号后通过自生地址与信号中地址码对比决定是否点亮所连接控制的灯光，所述信号中除包含地址码外还包含想要控制灯光的亮度信息，下位机客户机根据地址码和亮度信息点亮对应的灯光、调制对应的亮度；

(3)通过在下位机总控发送地址选择信号后，下位机总控再通过广播的方式发送灯光控制信号，此时信号门控制器开放的I/O端口对应总线上挂载的下位机客户机均会收到亮灯信号，其连接的灯光均同时被点亮控制。

优选的，在本发明系统中包含上位机的方案时，在上述方法步骤(1)之前还可以包括以下步骤：上位机通过串口与下位机总控通信，向下位机总控发送接收所需要控制的灯光信息。

进一步的，所述下位机客户机收到亮灯信号后，按照所述信号控制灯光点亮且调制其亮度，所述信号为PWM调制信号，同时包含灯光亮度信息和灯光点亮时间信息，灯光亮度通过信号的PWM占空比来调制，灯光点亮时间长短通过所述信号的时长来决定。

更优选的，所述控制灯光亮度的PWM调制信号频率大于使用时相机拍摄的帧率，优选的PWM调制信号频率要达到相机拍摄频率的10倍以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用总线的方式实现了对灯光群高频的亮灭及亮度控制，同时还实现对灯光群中指定灯光的同时控制，本专利提出的基于I2C总线协议的灯光控制系统控制灯光数量不受限，解决了总线控制模式下不能同时选择指定的多台被控端问题，实现了多台灯光的独立控制和同时控制效果。

附图说明

图1为本发明系统的原理图。

图2为本发明中所述的灯光控制信号图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述控制系统原理如图1所示，包括上位机、下位机总控、下位机客户机、信号门控制器和灯光群。

本发明所述灯光控制系统各单元连接关系为：上位机通过串口与下位机总控相连，下位机总控与信号门控制器通过地址选择线和总线相连，信号门控制器的各路I/O口通过总线连接对应的多台下位机客户机，下位机客户机与灯光群连接。

本发明实施例中，本所述上位机通过串口与下位机总控通信，发送接收所需要控制的灯光信息，下位机总控通过地址选择线控制信号门控制器选择开放对应的I/O端口，同时下位机总控的输入输出总线通过信号门控制器开放的I/O端口将信号发送出去。下位机客户机拉取总线上的信号后通过自生地址与信号中地址码对比决定是否点亮所连接控制的灯光，且信号中除包含地址码外还包含想要控制灯光的亮度信息，下位机客户机可根据地址码和亮度信息点亮对应的灯光、调制对应的亮度。实现多盏灯光同时亮起的控制可通过在下位机总控发送地址选择信号后下位机总控再通过广播的方式发送灯光控制信号，此时信号门控制器开放的I/O端口对应总线上挂载的下位机客户机均会收到亮灯信号，其连接的灯光均同时被点亮控制。

本发明所述下位机客户机收到亮灯信号后便会按照信号控制灯光点亮且调制其亮度，下位机客户机灯光控制信号如图2所示，灯光控制信号同时包含灯光亮度信息和灯光点亮时间信息。灯光亮度通过PWM的占空比来调制，灯光点亮时间长短通过给出的PWM控制信号的时长来决定。

所述上位机用于统一管理控制灯光群的点亮和亮度，并将该信息发送至下位机总控进行统一分发。该上位机在本发明中提升了对该控制系统的操作性，但是并不是必须的，亦可通过下位机总控实现对灯光群的统一管理，同时实现信号分发。

所述信号门控制器用来选择向哪些灯光发送控制信号，如若要同时控制灯光群中的某几个灯光，可将该几个灯光对应的下位机客户机通过总线连接至信号门控制器的同一个端口。当下位机总控通过地址选择线选择信号门控制器的该端口后，下位机总控便可向该端口连接的总线广播信息，该端口总线上挂载的所有灯光便可同时受控。

所述下位机客户机中包含信号接收处理及发送模块和高速开关模块。下位机客户机接收到要点亮和亮度信息后调制如图2所示的控制信号并发送至高速开关控制其高速通断来实现对灯光的控制。其中高速开关的开关速率以及最大电压电流值根据被控灯光的型号及控制要求进行选择。

所述控制灯光亮度的PWM调制信号频率应大于使用时相机拍摄的帧率，优选的PWM调制信号频率要达到相机拍摄频率的10倍以上。

作为本发明的一个具体的实施例，下位机总控与信号门控制器连接，信号门控制器与下位机客户机连接，下位机客户机再连接控制灯光。

该实施例实现了所指定的被控灯光在总线下的100HZ明灭控制，且其亮度可在255个梯度下调制显示。

该例中下位机总控由arduino uno控制板实现，其通过SCL与SDA实现总线传输。其与上位机通过串口通信获取信息。

该例中下位机客户端由arduino pro mini 328P和ENMG PM5D6132固态高速开关构成，其中arduino pro mini 328P的SCL与SDA负责信号传输，同时arduino pro mini328P的timer口调制高频控制信号，控制ENMG PM5D6132固态高速开关实现高速通断。

该例中灯光选用LED灯珠，其在高频PWM信号下可实现亮度的调节和快速的亮灭。

综上所述，本发明控制系统基于I2C总线协议在独立控制512盏灯的情况下可以实现上千次的刷新频率，且其控制灯光的数量不受限。同时本专利提出的灯光控制系统也是基于总线形式，但其结合信号门控制器后可向指定的灯光发送广播地址信息使得该片的灯光可以同时点亮。解决了总线控制下不能同时选择指定的多台被控端的问题，实现了灯光的独立控制和同时控制效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于I2C总线的灯光高频控制系统，其特征在于，包括下位机总控、下位机客户机、信号门控制器和灯光群，下位机总控与信号门控制器相连，信号门控制器连接多台下位机客户机，下位机客户机与灯光群连接；

所述下位机总控用于统一管理、控制灯光群的点亮和亮度；

所述信号门控制器用于接收下位机总控的点亮和亮度控制信息，进而选择向灯光群中的灯光发送控制信号；

所述下位机客户机中包含信号接收处理及发送模块和高速开关模块，下位机客户机接收到要点亮和亮度控制信息后，调制控制信号并发送至高速开关，控制其高速通断进而实现对灯光的控制。

2.根据权利要求1所述的基于I2C总线的灯光高频控制系统，其特征在于，所述下位机总控与信号门控制器通过地址选择线和总线相连。

3.根据权利要求2所述的基于I2C总线的灯光高频控制系统，其特征在于，所述信号门控制器的各路I/O口通过总线连接对应的多台下位机客户机。

4.根据权利要求3所述的基于I2C总线的灯光高频控制系统，其特征在于，所述高速开关的开关速率以及最大电压电流值根据被控灯光的型号及控制要求进行选择。

5.一种基于I2C总线的灯光高频控制系统，其特征在于，包括上位机、下位机总控、下位机客户机、信号门控制器和灯光群，上位机与下位机总控通信，下位机总控与信号门控制器相连，信号门控制器连接多台下位机客户机，下位机客户机与灯光群连接；

所述上位机用于统一管理控制灯光群的点亮和亮度，并将该信息发送至下位机总控进行统一分发；

所述信号门控制器用于接收下位机总控分发的点亮和亮度控制信息，进而选择向灯光群中的灯光发送控制信号；

所述下位机客户机中包含信号接收处理及发送模块和高速开关模块，下位机客户机接收到要点亮和亮度控制信息后，调制控制信号并发送至高速开关，控制其高速通断进而实现对灯光的控制。

6.根据权利要求5所述的基于I2C总线的灯光高频控制系统，其特征在于，所述上位机通过串口与下位机总控相连。

7.一种基于I2C总线的灯光高频控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)下位机总控通过地址选择线控制信号门控制器选择开放对应的I/O端口，同时下位机总控的输入输出总线通过信号门控制器开放的I/O端口将信号发送出去；

(2)下位机客户机拉取总线上的信号后通过自生地址与信号中地址码对比决定是否点亮所连接控制的灯光，所述信号中除包含地址码外还包含想要控制灯光的亮度信息，下位机客户机根据地址码和亮度信息点亮对应的灯光、调制对应的亮度；

(3)通过在下位机总控发送地址选择信号后，下位机总控再通过广播的方式发送灯光控制信号，此时信号门控制器开放的I/O端口对应总线上挂载的下位机客户机均会收到亮灯信号，其连接的灯光均同时被点亮控制。

8.根据权利要求7所述的基于I2C总线的灯光高频控制方法，其特征在于，在步骤(1)之前还包括：上位机通过串口与下位机总控通信，向下位机总控发送接收所需要控制的灯光信息。

9.根据权利要求8所述的基于I2C总线的灯光高频控制方法，其特征在于，所述下位机客户机收到亮灯信号后，按照所述信号控制灯光点亮且调制其亮度，所述信号为PWM调制信号，同时包含灯光亮度信息和灯光点亮时间信息，灯光亮度通过信号的PWM占空比来调制，灯光点亮时间长短通过所述信号的时长来决定。

10.根据权利要求9所述的基于I2C总线的灯光高频控制方法，其特征在于，所述控制灯光亮度的PWM调制信号频率大于使用时相机拍摄的帧率。

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