CN113825273A - 一种网格照明的可重构拓扑控制方法 - Google Patents

Abstract

一种网格照明的可重构拓扑控制方法，属于无线通信网络技术领域，构建网格照明系统；所述网格照明系统包括无线连接的网格照明模块和主机；所述网格照明模块包括灯管和耦合器；每个耦合器都有一个用于控制有线或者无线通信的微控制器，该微控制器通过使用I²S接口模拟单线协议从而控制灯管，并在网格照明模块系统内与其它耦合器进行通信。网格照明模块采用可重构的组网方式，克服传统方案中传播路径给定后无法修改的不足，使得本方案能自我重新配置，以修复网路中的损坏路径，更具通用性。

Description

一种网格照明的可重构拓扑控制方法

技术领域

本发明属于无线通信网络技术领域，具体涉及为一种网格照明的可重构拓扑控制方法。

背景技术

仓储管理需要定期盘点仓储物品的数量以及类别，较为麻烦。如公开号为CN213833205U的中国专利公开的一种新型智能仓储指示装置，在仓储货架上安装LED灯带作为指示灯，当需要存取物料时，只需要在智能管理系统输入物料名称，与物料对应的的指示灯会随之亮起，准确指示物料位置；同时智能管理系统还具有高效的信息处理功能，可准确记录物料出入库数量以及流向，保证了现代企业物料供应的及时性以及准确性，提高了企业效率，节约了劳动资源。

然而，在仓储管理中运用灯带指示位置或者状态等信息，存在以下难点：

1.现实中的仓储架，具有不同的规格，因此，指示系统需要满足不同的行数、列数、行距、间距等的要求，难以将一套灯带指示适用于不同规格的仓储货架上。

2.仓储中物资的调配，使得灯带指示系统的更新频率可能会很高。且不同货源的仓储，其货物状态的更新时间也不同。更新时，需要完成指示灯和状态信息之间的重新映射。例如，原先的黄色指示灯表示货物A有货，更新后，原色的指示灯表示货物B缺货。如果让不懂代码的非技术人员去更新固件，并非一件容易的事情。

3.将指示灯通过无线与主机连接，相对于有线连接的方式，无线连接更能适用于不同的工况。但是，无线连接通常有数量的限制，例如一个主机最多只能同时连接14台低功耗蓝牙设备。而指示灯的数量，并不希望受此限制。

公开号为CN111401807A的中国专利公开了一种基于物联网的智能仓储管理系统，其使用轨迹灯带，通过计算机对此轨迹两侧的轨迹灯带进行控制，使其发出与物品类别相匹配的灯光，这样可以使工作人员通过对灯光的辨别，使其直截了当的了解物品的类别，对于工作效率有大大的提高，提高了对物品追踪的工作效率。

然而，该方案的指示灯，架构单一，缺乏灵活性，且安装或者使用对于新手并不友好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种网格照明的可重构拓扑控制方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

一种网格照明的可重构拓扑控制方法，包括以下步骤：步骤1，构建网格照明系统；所述网格照明系统包括无线连接的网格照明模块和主机；所述网格照明模块包括灯管和耦合器；

所述灯管为可变长度的直条状发光二极管灯带，其受到与其连接的耦合器的控制；每个灯管都是两个耦合器之间的通信和电力管道，决定了拓扑的边长；

所述耦合器是将灯管连接在一起并提供电源和控制的连接器，耦合器有用于连接灯管的四个引脚，实现在四个方向上接收或者传输数据；每个耦合器都有一个用于控制有线或者无线通信的微控制器，该微控制器通过使用I²S接口模拟单线协议从而控制灯管，并在网格照明模块系统内与其它耦合器进行通信；

将I²S配置为单线模式，将连续串行时钟SCK的频率设置为3.2MHz，；将字选择WS设置为0.1MHz和立体声模式，每个耦合器具有相同的MCK和SCK频率；且单线模式使用带有语义信息的数据包；

由4个灯管和4个耦合器组成呈矩形的单元模块，其中，灯管位于矩形的边上，耦合器位于矩形的四角成为节点；单元模块向着东南西北四个方向连续重复从而构建网络拓扑，形成网格照明模块。

所述带有语义信息的数据包，包括REC_ID、REC_TYPE、REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2；

通过验证第一个字段REC_ID，耦合器判断预期的接收者；

通过检查第二个字段REC_TYPE，耦合器告知操作种类；

REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2为耦合器的存储列表。

指定1个耦合器为源耦合器；源耦合器收集其它耦合器的信息，并和主机无线连接；其余耦合器负责接收数据、传输数据并响应指令。每个耦合器均有唯一的网络标识。

源耦合器向主机发送的蓝牙消息为第1消息，包括10个字段；其中，第1个字段表示未定义，第2个字段表示耦合器身份；第3字段和第4字段分别为北向耦合器的身份UpNode以及连接到该北向耦合器的灯管的长度。第5字段和第6字段分别为南向耦合器的身份以及连接到该南向耦合器的灯管的长度；第7字段和第8字段分别为东向耦合器的身份以及连接到该东向耦合器的灯管的长度；第9字段和第10字段分别为西向耦合器的身份以及连接到该西向耦合器的灯管的长度。

主机向源耦合器发送的蓝牙消息为第2消息，包括10个字段；其中，第1字段用以通知源耦合器进行亮灯程序，每当源耦合器监测到第2消息中的第1字段改变时候，执行相应的灯管的开或关的操作；第2字段具有四个字节，依次决定第3字段、第5字段、第7字段、第9字段所对应的耦合器的发光方向，四个方向的编码为一个字节；第3字段和第4字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度；第5字段和第6字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度；第7字段和第8字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度；第9字段和第10字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度。

一种网格照明的可重构拓扑控制方法，还包括步骤2，广播阶段:源耦合器发现耦合器并进行拓扑；

步骤201，所有耦合器均为常规耦合器，等待主机的蓝牙消息；

步骤202，耦合器接收到蓝牙消息，根据主机的指定消息，判断第2消息的值是否为默认值0；如果第2消息为默认值0，则继续等待主机的蓝牙消息，否则，将第2消息修改为1后，此耦合器变成源耦合器，并进行下一步；

步骤203，源耦合器发送广播，然后等待其它耦合器回传的数据包；如果10ms内没有接收到数据包，则源耦合器得出结论，它是唯一的耦合器，完成广播阶段；如果10ms内，该源耦合器接收到第2个耦合器的响应消息，将第2个耦合器记录于REC_ID，并检查第2个耦合器是否发现了REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2中所显示的其它耦合器，然后发送带有第2个耦合器ID的广播；这样，只有第2个耦合器会处理该消息，其它耦合器会忽略该广播；10ms结束后，第2个耦合器将确认的消息发送给源耦合器，确认消息中带有第2个耦合器的REC_ID，以便让源耦合器知道该消息来自于第2个耦合器；然后源耦合器发送带有第2个耦合器ID的确认广播；

步骤204，第2个耦合器发送广播，找寻其它耦合器，此时，第2个耦合器为中继耦合器，找到后将找到后的信息反馈给源耦合器；源耦合器采用广度有限搜索法，建立其与其它耦合器的最少跳转的路径；

步骤205，重复步骤204，当所有耦合器在发送广播后不再收到应答消息，每个耦合器都完成了广播阶段，整个系统的广播阶段结束；其中，源耦合器是最后一个完成广播阶段的耦合器；源耦合器通过第1消息将网格照明模块的信息传输给主机。

一种网格照明的可重构拓扑控制方法，还包括步骤3，I²S传输阶段:本阶段中，网络中的所有耦合器都相互认识，并知道各自在系统中的位置；

源耦合器向自身的存储列表中一个耦合器发送I²S并传输带有语义信息的数据包，开始I²S传输阶段；收到数据包的耦合器验证数据包中第一个字段REC_ID，判断预期的接收者的方位，然后广播[I²S_U]、[I²S_D]、[I²S_L]或[I²S_R]，其中[I²S_U]表示该耦合器的北向输出引脚开始I²S传输；[I²S_D]表示该耦合器的南向输出引脚开始I²S传输；[I²S_L]表示该耦合器的东向输出引脚开始I²S传输；[I²S_R]表示该耦合器的西向输出引脚开始I²S传输；收到该I²S传输的耦合器依次广播；最后收到该I²S传输的耦合器发送[12S_REPLY]以表示其I²S传输阶段已经完成；当源耦合器收到[12S_REPLY]时，检查其它耦合器是否已经完成了I²S传输阶段，如果源耦合器的存储列表中有一个耦合器没有完成，则继续向其发送I²S，并重复本步骤；如果源耦合器的存储列表中的所有耦合器都已经完成，则进入下一步。

一种网格照明的可重构拓扑控制方法，还包括步骤4，数据收集:源耦合器收集其他耦合器的信息，并将这些信息发送给主机；

源耦合器向自身的存储列表中一个耦合器发送收集指令并带有语义信息的数据包；收到收集指令的耦合器将其信息编码修改到数据包中，然后将收集回复指令发送回源耦合器；收集回复指令中包含四个方向中的灯管以及耦合器的ID；当源耦合器收到收集回复指令时，检查其它耦合器是否已经完成了数据收集阶段，如果源耦合器的存储列表中有一个耦合器没有完成，则继续向其发送收集指令，并重复本步骤；如果源耦合器的存储列表中的所有耦合器都已经完成，则将所有数据发送给主机。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1.本方案通过单元模块的设计，使得硬件的架构为开放式的架构，可以根据现实的需求增减单元模块的数量，同时，灯管为现成的LED灯带，可以根据需要切割成不同的长度，只要耦合器提供足够的功率，灯管的长度是没有限制的。

2.网格照明模块和主机之间仅需要1个蓝牙连接，而不是多个连接，从而提升系统的稳定性和准确性。

3.网格照明模块采用可重构的组网方式，克服传统方案中传播路径给定后无法修改的不足，使得本方案能自我重新配置，以修复网路中的损坏路径，更具通用性。

附图说明

图1为时序波形图；

图2为WS2812的颜色数据结构图；

图3表示级联拓扑结构图；

图4表示数据传输方式图；

图5表示I²S数据传输示意图；

图6为拓扑示例图；

图7为系统示例图；

图8为系统结构图。

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。

LED灯带，是一种表面贴装发光二极管的柔性电路板。通常，LED灯带用于装饰或者照明，其中，条形灯上的LED可单独寻址，并可以针对不同的颜色、亮度和动画效果进行编程。

本方案使用的数据传输方式为基于WS2812芯片的LED灯带的多级串联单总线通信方式，它使用单一NZR通信模式的单向协议，因此，这种数据传输方式对于信号的时序很敏感。该总线上具有两个符号：0码和1码，它们由线路上高电平和低电平的持续时间之比来决定。0码包括H0和L0，其中H0表示持续时间拉高到0.35μs，L0表示持续时间拉低到0.9μs。1码包括H1和L1，分别表示高电平为0.9μs和低电平为0.35μs。持续时间允许的偏差为±150ns。

表1位数据传输时间表。

完成数据传输之后，发送器应当拉低到50μs以上，以指示LED的数据传输结束。图1为时序波形图，其显示三个编码方案。这需要微处理器模拟每个LED灯带对应控制数据中0码和1码的时序波形，并在数据传输时间结束后翻转高低电平的输出，进行时序整形。需要注意的是，LED灯带对于时间（纳秒级）非常敏感。

WS2812包括电源引脚VDD、地引脚VSS以及数据输入引脚DIN和数据输出引脚DOUT，在常规使用过程中，只需要将一个LED的DOUT引脚连接到下一个LED的DIN引脚就可以将多个LED串接起来了。此时，DIN引脚和DOUT引脚中跑的是每个全彩LED的颜色信号，可使用1个字节(8bit)代表红绿蓝每种基色的值，这样用3个字节即24bit就可以表示一个LED灯的一种颜色了，具体如图2所示。图2中G7-G0表示绿色的值，数值范围为0–255，R7-R0表示红色的值，数值范围为0-255，B7-B0表示蓝色的值，数值范围为0–255。具体数据发送采用串行的发送方式，即将每个LED的24bit数据按照上图2从左至右的顺序，逐bit发送，先发送G7,接下来发G6,G5…直到B0，而第一个LED接收并存储自己的颜色数据后，将剩余的所有数据都从DOUT发送给第二个LED，第二个LED接收并存储自己的颜色数据后，将剩余的所有数据都从DOUT发送给第三个LED，以此类推，从而将所有LED的颜色数据传输完毕。

本方案使用多个微控制器（MCU），具有价格低和可靠性高的优点。

LED灯带采用级联拓扑结构，也就是说，控制器连接到第一个耦合器，然后在另一个物理总线上将修改后的消息输出到下一个耦合器，这里的“修改”意味着耦合器简单地消耗第一组RGB值，然后将剩余的RGB值传递给下一个耦合器，直到不再有RGB值或者不再有LED耦合器。

图3表示级联拓扑结构图；图4表示数据传输方式图。图3中，假设有3个LED耦合器的拓扑结构。在图4中，控制器将RGB值（D1、D2、D3），发送到LED1，消耗D1之后输出（D2、D3）到LED2，消耗D2之后输出D3到LED3。

一种网格照明的可重构拓扑控制方法，包括以下步骤：

步骤1，构建网格照明系统；如图8所示，所述网格照明系统包括无线连接的网格照明模块和主机；所述网格照明模块包括灯管和耦合器；

所述灯管为可变长度的发光二极管灯带，其受到与其连接的耦合器的控制；每个灯管都是两个耦合器之间的通信和电力管道，决定了拓扑的边长。灯管没有标识（ID），而是被动地对耦合器的命令做出反应。对于灯管的长度没有限制，尽管实际上灯管受到耦合器可提供的电力的制约。本方案中，将灯管的形状限制为直条状。

所述耦合器是将灯管连接在一起并提供电源和控制的连接器，耦合器有用于连接灯管的四个引脚，实现在四个方向上接收或者传输数据。因此，耦合器可以在东南西北四个方向上连接有0个或者1个灯管。每个耦合器都有一个用于控制有线或者无线通信的微控制器（MCU），该微控制器通过使用I²S接口模拟单线协议从而控制灯管，并使用有线或者无线（包括蓝牙）在网格照明模块系统内与其它耦合器进行通信。

I²S，即Inter-IS Sound Bus，是飞利浦公司针对数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，采用沿独立的导线传输时钟和数据信号的设计。

I²S具有三条线：连续串行时钟SCK、串行数据SD、字选择WS。

连续串行时钟SCK是时钟脉冲信号，它可以由发送器或者接收器产生。

音频数据在SD线上按位串行发送，并与通道中的音频样本的连续串行时钟SCK脉冲同步。

字选择WS由发送器设置为低或者高，以分别指示发送的是左声道还是右声道。

本方案使用I²S并非用于音频数据，而是用于实现LED灯带的单线协议。由于专用程序、可变字长和纳秒级时序，单线协议通常无法获得大多数微控制器上内置的串行控制器的支持。而I²S可以直接用于这种单线协议，几乎无需修改。本方案的一个创新之处在于，微控制器通过使用I²S接口，精准地生成纳秒级的时序，并模拟单线协议从而控制灯管。相对的，传统的GPIO固件可能会受到时序不精准和不正确的影响。

为了将I²S配置为单线模式，将连续串行时钟SCK的频率设置为3.2MHz，这意味着312.5ns/tick。H0和L1应上拉0.35μs；将字选择WS设置为0.1MHz和立体声模式，用于连续传输数据。如果传输0x8，也就是二进制的B1000，由于是大端（big-endian）传输，产生的信号被拉高了312.5ns并拉低937.5ns，因此，灯管接收到1位0码。同理，在I²S上发送0xE会导致灯管接收到1位1码。如图5所示，一个WS周期内灯管的单线协议生成4位数据。

在连接到同一个灯管的两个耦合器中，由于灯管的属性，只有一个耦合器可以控制灯管。每个耦合器具有相同的MCK和SCK频率。传统的方案中，如果两个耦合器要通过I²S进行通信，除了数据线之外，这两个耦合器中的一个应当提供SCK和WS并通过第二根线使得两个耦合器同步。在本方案中。由于相同的MCK和SCK频率，并不需要使用双线来进行同步，耦合器知道数据包的长度，但是无法理解数据包的含义。为了解决该问题，本方案使用带有语义信息的数据包。

带有语义信息的数据包，并不包括硬件自动使用的标头，其由四个字段组成，包括REC_ID、REC_TYPE、REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2。

通过验证第一个字段REC_ID，耦合器判断预期的接收者。

通过检查第二个字段REC_TYPE，耦合器告知操作种类。

REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2为耦合器的存储列表。

表2为操作种类表。

由4个灯管和4个耦合器组成呈矩形的单元模块，其中，灯管位于矩形的边上，耦合器位于矩形的四角成为节点；单元模块向着东南西北四个方向连续重复从而构建网络拓扑，形成网格照明模块。

指定1个耦合器为源耦合器；源耦合器收集其它耦合器的信息，并和主机无线连接；其余耦合器负责接收数据、传输数据并响应指令。每个耦合器均有唯一的网络标识。

源耦合器和主机的无线连接采用蓝牙消息，蓝牙消息分为第1消息和第2消息。表3为蓝牙消息表。

第1消息有10个字段，其中，第2字段为耦合器身份NodeID，第3字段和第4字段分别为北向耦合器的身份UpNode以及连接到该北向耦合器的灯管的长度。第5字段和第6字段分别为南向耦合器的身份DownNode以及连接到该南向耦合器的灯管的长度。第7字段和第8字段分别为东向耦合器的身份LeftNode以及连接到该东向耦合器的灯管的长度。第9字段和第10字段分别为西向耦合器的身份RightNode以及连接到该西向耦合器的灯管的长度。

图6为拓扑示例图；图中，耦合器A向北30个单元管长度到达耦合器B，向西60个单元管长度到达耦合器C。

因此，该结构的源耦合器向主机发送第1消息的蓝牙消息[0x00，0x0A，0x0B，0x1E，0x00，0x00，0x00，0x00，0x0C，0x3C]；其中，第2字段0x0A表示本次通知是针对耦合器A的连接情况，第3和第4字段分别表示耦合器A的北向耦合器B以及相隔长度为0x1E（十六进制，代表30）。第9和第10字段让主机知道耦合器A的东向耦合器C以及相隔距离0x3C（十六进制，代表60）。

当用户想要点亮一个灯管时，主机将10个字段写入到第2消息中并通知源耦合器。第2消息中，第1字段LEDColor用以通知源耦合器进行亮灯程序，每当源耦合器监测到第2消息中的第1字段改变时候，执行相应的灯管的开或关的操作。第2字段Direction具有四个字节，依次决定第3字段、第5字段、第7字段、第9字段所对应的耦合器的发光方向，四个方向的编码为一个字节而不是四个字节，从而节省了数据包的大小。第3字段Node1表示点亮LED所在的耦合器身份，第4字段Node1Length表示点亮长度。

表4为四个方向的编码表。

数据	00	01	10	11
					方向	北	南	西	东

步骤2，广播阶段:源耦合器发现耦合器并进行拓扑。本阶段，源耦合器必须知道网络中有多少个耦合器以及这些耦合器的ID。最初，所有耦合器均为常规耦合器，直到主机指定源耦合器。

步骤201，所有耦合器均为常规耦合器，等待主机的蓝牙消息。

步骤202，耦合器接收到蓝牙消息，根据主机的指定消息，判断第2消息的值是否为默认值0；如果第2消息为默认值0，则继续等待主机的蓝牙消息，否则，将第2消息修改为1后，此耦合器变成源耦合器，并进行下一步。

步骤203，源耦合器发送广播，然后等待其它耦合器回传的数据包；如果10ms内没有接收到数据包，则源耦合器得出结论，它是唯一的耦合器，完成广播阶段；如果10ms内，该源耦合器接收到第2个耦合器的响应消息，将第2个耦合器记录于REC_ID，并检查第2个耦合器是否发现了REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2中所显示的其它耦合器，然后发送带有第2个耦合器ID的广播。这样，只有第2个耦合器会处理该消息，其它耦合器会忽略该广播。10ms结束后，第2个耦合器将确认的消息发送给源耦合器，确认消息中带有第2个耦合器的REC_ID，以便让源耦合器知道该消息来自于第2个耦合器；然后源耦合器发送带有第2个耦合器ID的确认广播。

步骤204，第2个耦合器发送广播，找寻其它耦合器，此时，第2个耦合器为中继耦合器，找到后将找到后的信息反馈给源耦合器；源耦合器采用广度有限搜索法（BFS），建立其与其它耦合器的最少跳转的路径。

步骤205，重复步骤204，当所有耦合器在发送广播后不再收到应答消息，每个耦合器都完成了广播阶段，整个系统的广播阶段结束；其中，源耦合器是最后一个完成广播阶段的耦合器；源耦合器通过第1消息将网格照明模块的信息传输给主机。

步骤3，I²S传输阶段:本阶段中，网络中的所有耦合器都相互认识，并知道各自在系统中的位置。

源耦合器向自身的存储列表中一个耦合器发送I²S并传输带有语义信息的数据包，开始I²S传输阶段。收到数据包的耦合器验证数据包中第一个字段REC_ID，判断预期的接收者的方位，然后广播[I²S_U]、[I²S_D]、[I²S_L]或[I²S_R]，其中[I²S_U]表示该耦合器的北向输出引脚开始I²S传输；[I²S_D]表示该耦合器的南向输出引脚开始I²S传输；[I²S_L]表示该耦合器的东向输出引脚开始I²S传输；[I²S_R]表示该耦合器的西向输出引脚开始I²S传输；收到该I²S传输的耦合器依次广播；最后收到该I²S传输的耦合器发送[12S_REPLY]以表示其I²S传输阶段已经完成。当源耦合器收到[12S_REPLY]时，检查其它耦合器是否已经完成了I²S传输阶段，如果源耦合器的存储列表中有一个耦合器没有完成，则继续向其发送I²S，并重复本步骤；如果源耦合器的存储列表中的所有耦合器都已经完成，则进入下一步。

步骤4，数据收集:源耦合器收集其他耦合器的信息，并将这些信息发送给主机。

源耦合器向自身的存储列表中一个耦合器发送收集指令[COLLECT]并带有语义信息的数据包；收到[COLLECT]的耦合器将其信息编码修改到数据包中的REC_PAYLOAD1和REC__PAYLOAD2，然后将收集回复指令[COLLECT_REPLY]发送回源耦合器；[COLLECT_REPLY]中包含四个方向中的灯管以及耦合器的ID；当源耦合器收到[COLLECT_REPLY]时，检查其它耦合器是否已经完成了数据收集阶段，如果源耦合器的存储列表中有一个耦合器没有完成，则继续向其发送收集指令[COLLECT]，并重复本步骤；如果源耦合器的存储列表中的所有耦合器都已经完成，则将所有数据发送给主机。

图7中，假设A为源耦合器。到广播阶段结束时，A知道系统中的另外3个耦合器。到I²S传输阶段结束时候，A知道它有两个邻居，即A向北10个单位的耦合器C，A向东20个单位的耦合器B。耦合器C知道它有一个邻居，即在其东边20个单位的耦合器D。耦合器D知道B在其南面10个单位的耦合器B。耦合器B什么都不知道。在数据收集阶段结束后，耦合器A已经从其它耦合器处收集了信息，然后A通过蓝牙发送包括自身在内的所有耦合器的数据给主机。

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 (8)

1.一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建网格照明系统；所述网格照明系统包括无线连接的网格照明模块和主机；所述网格照明模块包括灯管和耦合器；

所述灯管为可变长度的直条状发光二极管灯带，其受到与其连接的耦合器的控制；每个灯管都是两个耦合器之间的通信和电力管道，决定了拓扑的边长；

所述耦合器是将灯管连接在一起并提供电源和控制的连接器，耦合器有用于连接灯管的四个引脚，实现在四个方向上接收或者传输数据；每个耦合器都有一个用于控制有线或者无线通信的微控制器，该微控制器通过使用I²S接口模拟单线协议从而控制灯管，并在网格照明模块系统内与其它耦合器进行通信；

将I²S配置为单线模式，将连续串行时钟SCK的频率设置为3.2MHz，；将字选择WS设置为0.1MHz和立体声模式，每个耦合器具有相同的MCK和SCK频率；且单线模式使用带有语义信息的数据包；

由4个灯管和4个耦合器组成呈矩形的单元模块，其中，灯管位于矩形的边上，耦合器位于矩形的四角成为节点；单元模块向着东南西北四个方向连续重复从而构建网络拓扑，形成网格照明模块。

2.根据权利要求1所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，所述带有语义信息的数据包，包括REC_ID、REC_TYPE、REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2；

通过验证第一个字段REC_ID，耦合器判断预期的接收者；

通过检查第二个字段REC_TYPE，耦合器告知操作种类；

REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2为耦合器的存储列表。

3.根据权利要求2所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，指定1个耦合器为源耦合器；源耦合器收集其它耦合器的信息，并和主机无线连接；其余耦合器负责接收数据、传输数据并响应指令；每个耦合器均有唯一的网络标识。

4.根据权利要求3所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，源耦合器向主机发送的蓝牙消息为第1消息，包括10个字段；其中，第1个字段表示未定义，第2个字段表示耦合器身份；第3字段和第4字段分别为北向耦合器的身份以及连接到该北向耦合器的灯管的长度；第5字段和第6字段分别为南向耦合器的身份以及连接到该南向耦合器的灯管的长度；第7字段和第8字段分别为东向耦合器的身份以及连接到该东向耦合器的灯管的长度；第9字段和第10字段分别为西向耦合器的身份以及连接到该西向耦合器的灯管的长度。

5.根据权利要求4所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，主机向源耦合器发送的蓝牙消息为第2消息，包括10个字段；其中，第1字段用以通知源耦合器进行亮灯程序，每当源耦合器监测到第2消息中的第1字段改变时候，执行相应的灯管的开或关的操作；第2字段具有四个字节，依次决定第3字段、第5字段、第7字段、第9字段所对应的耦合器的发光方向，四个方向的编码为一个字节；第3字段和第4字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度；第5字段和第6字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度；第7字段和第8字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度；第9字段和第10字段分别表示点亮LED所在的耦合器身份以及点亮长度。

6.根据权利要求5所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，还包括步骤2，广播阶段:源耦合器发现耦合器并进行拓扑；

步骤201，所有耦合器均为常规耦合器，等待主机的蓝牙消息；

步骤202，耦合器接收到蓝牙消息，根据主机的指定消息，判断第2消息的值是否为默认值0；如果第2消息为默认值0，则继续等待主机的蓝牙消息，否则，将第2消息修改为1后，此耦合器变成源耦合器，并进行下一步；

步骤203，源耦合器发送广播，然后等待其它耦合器回传的数据包；如果10ms内没有接收到数据包，则源耦合器得出结论，它是唯一的耦合器，完成广播阶段；如果10ms内，该源耦合器接收到第2个耦合器的响应消息，将第2个耦合器记录于REC_ID，并检查第2个耦合器是否发现了REC_PAYLOAD1、REC__PAYLOAD2中所显示的其它耦合器，然后发送带有第2个耦合器ID的广播；这样，只有第2个耦合器会处理该消息，其它耦合器会忽略该广播；10ms结束后，第2个耦合器将确认的消息发送给源耦合器，确认消息中带有第2个耦合器的REC_ID，以便让源耦合器知道该消息来自于第2个耦合器；然后源耦合器发送带有第2个耦合器ID的确认广播；

步骤204，第2个耦合器发送广播，找寻其它耦合器，此时，第2个耦合器为中继耦合器，找到后将找到后的信息反馈给源耦合器；源耦合器采用广度有限搜索法，建立其与其它耦合器的最少跳转的路径；

步骤205，重复步骤204，当所有耦合器在发送广播后不再收到应答消息，每个耦合器都完成了广播阶段，整个系统的广播阶段结束；其中，源耦合器是最后一个完成广播阶段的耦合器；源耦合器通过第1消息将网格照明模块的信息传输给主机。

7.根据权利要求6所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，还包括步骤3，I²S传输阶段:本阶段中，网络中的所有耦合器都相互认识，并知道各自在系统中的位置；

源耦合器向自身的存储列表中一个耦合器发送I²S并传输带有语义信息的数据包，开始I²S传输阶段；收到数据包的耦合器验证数据包中第一个字段REC_ID，判断预期的接收者的方位，然后广播[I²S_U]、[I²S_D]、[I²S_L]或[I²S_R]，其中[I²S_U]表示该耦合器的北向输出引脚开始I²S传输；[I²S_D]表示该耦合器的南向输出引脚开始I²S传输；[I²S_L]表示该耦合器的东向输出引脚开始I²S传输；[I²S_R]表示该耦合器的西向输出引脚开始I²S传输；收到该I²S传输的耦合器依次广播；最后收到该I²S传输的耦合器发送[12S_REPLY]以表示其I²S传输阶段已经完成；当源耦合器收到[12S_REPLY]时，检查其它耦合器是否已经完成了I²S传输阶段，如果源耦合器的存储列表中有一个耦合器没有完成，则继续向其发送I²S，并重复本步骤；如果源耦合器的存储列表中的所有耦合器都已经完成，则进入下一步。

8.根据权利要求7所述的一种网格照明的可重构拓扑控制方法，其特征在于，还包括步骤4，数据收集:源耦合器收集其他耦合器的信息，并将这些信息发送给主机；

源耦合器向自身的存储列表中一个耦合器发送收集指令并带有语义信息的数据包；收到收集指令的耦合器将其信息编码修改到数据包中，然后将收集回复指令发送回源耦合器；收集回复指令中包含四个方向中的灯管以及耦合器的ID；当源耦合器收到收集回复指令时，检查其它耦合器是否已经完成了数据收集阶段，如果源耦合器的存储列表中有一个耦合器没有完成，则继续向其发送收集指令，并重复本步骤；如果源耦合器的存储列表中的所有耦合器都已经完成，则将所有数据发送给主机。

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