CN1787707A

CN1787707A - 非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置

Info

Publication number: CN1787707A
Application number: CN 200510030481
Authority: CN
Inventors: 申鸣; 常星辉
Original assignee: GUOHAO ELECTRONIC CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: GUOHAO ELECTRONIC CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2006-06-14

Abstract

本发明旨在提供一种无须寻址并可随意安装智能节点的2线制通信控制方案，适宜应用在LED照明或LED景观照明的场合，如：LED建筑模型照明、LED交通动线图照明、LED装饰照明、LED景观灯的2线制的组合照明等，不仅简化了工程布线的繁杂度和施工量，而且具备中距离传输、点对点控制、安装简便、成本低廉等诸多优点，显著提高了系统的性能/价格比。

Description

非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置

技术领域

本发明涉及一种无须寻址的用于照明和显示目的的通信和控制装置，尤其是指一种用于半导体LED的2线制通信和控制的照明装置。

背景技术

现已公知的用于半导体LED照明的2线制控制系统，按其技术特征的不同，通常可分成下述几类：

1.采用以RS485为物理总线和以DMX512(美国影视剧场技术协会USITT1990)为通信协议的DMX控制系统；

2.采用以各种现场物理总线和现场通信协议为主(如Lonworks-Bus、EIB-Bus等)的控制系统；

3.采用基于TCP/IP协议的“先进控制网络”ACN(AdvancedControl Network)或“以太网通讯标准规范”Art-net为特征的照明控制系统。

与上述技术特征相关的专利文献和公知文献有：

(1)星衍股份有限公司的“线上光电定址设定方法及实现该方法的装置”(中国专利公开号CN1487416，公告日2004年04月07日)。

(2)上海电器科学研究所(集团)有限公司的“一种现场总线通讯协议转换器”(中国专利公开号CN2705827，公开日2005年6月22日)。

(3)ESTA′s Advanced Control Network(ACN)Protocol SuiteTechnical Overview

(4)Artistic Licence’s Specification for the Art-NetEthernet Communication Standard。

上述已公知技术的优点是：远程控制能力强，控制节点多，总线或网络可伸缩、可扩展，系统可靠性强等。

但是，上述公知技术，都有一个共同的特征，即：无论是哪类控制系统，通常都属于寻址型的系统方案；具体而言，主控制器对每个智能节点的访问和控制，都是以对该智能节点的地址进行寻址访问为特征的，由此所带来的问题和不足是：

a)由于寻址操作操作往往需要一定的时间或帧时延，因此在操作上会对系统的实时性能带来不利影响，因而造成系统的实时性能略有下降；

b)由于寻址操作会导致系统或每个智能节点带来一定的附加成本，因此势必造成系统性能/价格比也相应下降；

c)由于寻址操作的方式决定了在工程上，必须严格按照每个智能节点的特定地址，并按照节点地址的分布要求，分别安装在对应的位置，这对工程安装提出了非常严格的要求：各节点的地址不允许错装、漏装，更不允许随机安装；因此，安装成本高、施工难度较大，同时又费工时。

发明内容

本发明的目的在于，旨在提供一种经济的、简约型的2线制通信控制方案，以克服现有系统成本高、安装难度大、施工周期长等不足。

本发明的目的是这样实现的：

至少一个含有第一光谱输出的的第一LED照明单元；

——至少一个与所述第一LED照明单元作电气连接的嵌入式智能节点控制单元；

——所述的智能节点控制单元的内部还进一步配置有：至少一个用于接收来自外部数据通道的第一数据和第二数据的第一接口单元；至少一个用于经下一级外部数据通道发送第三数据和第四数据的第二接口单元；至少一个将所述第一接口单元、第二接口单元作电气连接的微控制器单元；所述的至少一个微控制器单元进一步还包括：采用两入两出为特征的串行物理总线和串型数据帧格式协议；

——至少一个接收来自外部电力的电源单元，分别经电源供给线向所述第一LED照明单元、所述智能节点控制单元进行供电。

本发明的功效在于，本发明提供一种无须寻址并可随意安装智能节点的2线制通信控制方案，适宜应用在LED照明或LED景观照明的场合，如：LED建筑模型照明、LED交通动线图照明、LED装饰照明、LED景观灯的2线制的组合照明等，不仅简化了工程布线的繁杂度和施工量，而且具备中距离传输、点对点控制、安装简便、成本低廉等诸多优点，显著提高了系统的性能/价格比。

附图说明

图1为现有技术的寻址型2线制通信及控制装置

图2为本发明的原理方框图

图3为本发明的数据帧结构图

图4为本发明多个智能节点组合实施例的原理方框图

图5为本发明实施例的软件流程图(发送单元)

图6为本发明实施例的软件流程图(接收单元)

具体实施方式

请参阅图1，图1为现有技术的寻址型2线制通信及控制方案。

请参阅图2，图2为本发明原理方框图，本发明由智能节点控制单元10和通过控制线1201与智能节点控制单元10连接的LED照明单元100及分别经连接线1401、1402向LED照明单元100和智能节点控制单元10提供工作电源的电源单元140，该电源单元140通过连接线1400输入电源能量，该输入电源是交流电源或是直流电源中的一种，电源单元140具有将输入的交流电源转换为直流电源或将输入的直流电源转换为所需要的工作直流电压的能力。

在本发明中，智能节点控制单元10的内部还进一步配置有：用于接受来自外部数据通道1301、1302的第一数据和第二数据的第一接口单元110；用于向经外部数据通道1301、1302发送第三数据和第四数据的第二接口单元130；以及将第一接口单元110和第二接口单元130作电气连接的嵌入式微控制器单元120，所述的嵌入式微控制器单元120还进一步步内置有片内存储器，用以储存内部程序和外部数据；嵌入式微控制器单元120可以选用具备串行通信口的嵌入式微处理器，即使不具备串行通信口，也可以通过普通微处理器的I/O口来模拟串行通信口。

本发明不同于其他技术方案的另一特点是，所述的第一接口单元110是由两条数据输入线组成，所述的第二接口单元130是由两条数据输出线组成，这一“两入两出”为特征的物理总线，用以接收或发送本发明所特有的串行数据的帧格式协议。

本发明中，所谓“两入两出”为特征的物理总线，其含义是，第一接口单元110中的一条输入数据线1101作为“数据接收”(DATA-RX)的功能线，另一条输入数据线1102作为“同步播放”数据接收线(SYN-RX)；第二接口单元130中的一条输出数据线1301作为“数据输出”(DATA-TX)，另一条输出数据线1302作为“同步播放”数据输出线(SYN-TX)；上述数据输入、输出线在端口的物理电平上，均满足兼容TTL或CMOS的电平值。

在本发明中，也可以采用将第一接口单元110和第二接口单元130分别与外界隔离的方案，如分别采用快速光电耦合器，以避免在长线传输的时候，由于传输线上积累高压和感应信号，使得数据紊乱甚至损坏数据端口。考虑到该措施为一般专业人员所熟悉，因此，在此将不再附图来描述。

嵌入式微控制器单元120在接收到来自第一接口单元110的“数据接收”(DATA-RX)信号时，该接收方式更具体地说是符合异步串行通信的方式，即逐位、逐字、逐帧地移位进行，然后再通过第二接口单元130的“数据发送”(DATA-TX)信号，同样也是逐位、逐字、逐帧地移位发送，一直到整个系统内的智能节点单元全部完成接受和发送，此时，留下的数据就是该智能节点单元所应等到的数据，此时，等待接收来自上位控制器(图中未画出)的“同步播放”(SYN-TX)信号，一旦接收到“同步播放”(SYN-TX)后，则立即启动执行播放程序，如变色、调光、闪光、通/断等，在本发明中，该接收数据、发送数据、执行播放的操作均按照上位控制器(图中未画出)的命令反复进行，以致得到变换无穷的彩色组合、辉度组合、图案组合灯丰富场景。

通过控制线1201与智能节点控制单元10连接的LED照明单元100，是由一个含有第一光谱输出的半导体LED器件的组成的照明单元，其用途可以是单色应用如普通照明；当LED照明单元100，由多个含有第一光谱输出、第二光谱输出、第三光谱输出的半导体LED器件组成时，更具体地说，如第一光谱由红色LED组成、第二光谱由绿色LED组成、第三光谱由蓝色LED组成时，当智能节点控制单元10分别对LED照明单元100的红、绿、蓝三基色进行诸如通/断控制，甚至按步级进行调光控制的话，同时通过一定的混色处理后，如在红色、绿色、蓝色LED器件出光面，提供用于光辐射路径的二次光学装置，当然，该二次光学装置既可以是整体结构(如由一块菲涅耳非球面透镜组成)，也可以是相对于每个或每组LED来说，是独立结构的光学装置(如在每个LED或每组LED单元分别安装有独立光学透镜)；利用本发明的上述方案，则可以得到非常丰富的色彩变化，是应用于景观照明的良好技术平台。

请参阅图3，图3为本发明数据帧的帧格式，经“数据接收”(DATA-RX)和“数据发送”(DATA-TX)的数据帧格式为：起始信号、数据控制字、控制数据、校验字等内容；而“同步播放”(SYN-TX)信号将在“同步播放”(SYN-TX)数据线上得到。

请参阅图4，图4为本发明的智能节点组合工作的优选实施例，智能节点控制单元10，其数据通信线采用首尾相接的串行级联方案，来自上位控制器(图中未画出)的控制数据，经智能节点控制单元10-1逐级串行移位传送到智能节点控制单元10-2，并直至传送到最后一个智能节点控制单元10-N，因上位控制器(图中未画出)按在线智能节点控制单元的数量编写控制程序，譬如在线节点合计30个，则上位控制器(图中未画出)将发送30个节点的控制数据，经各级智能节点控制单元10移位传送后，在线的每个智能节点控制单元10都将得到自身的控制数据；在线节点数量如果在不变的条件下，即使需要更换节点时，也无须关心该节点是否事先需要设定地址，而是随机安装更换即可，极大地简化了施工量并杜绝了人为差错的发生。

请参阅图5，图5为本发明实施例的软件流程图(发送部)，由上位控制器按本发明图4所示的帧格式，在发送完起始信号后，将先发送数据“长度控制字”，用以表示后序数据的长度，供下级智能节点控制单元10作为传送数据的判断依据，并经过足够延时后，如30个节点的控制数据帧需传送10ms后，再发送“播放同步”控制字，同时按数据“长度控制字”的值，判断是否发送完毕，若未完则继续循环发送，若发送完毕则返回。

请参阅图6，图6为本发明实施例的软件流程图(接收部)，当在线的某智能节点控制单元10，接收到来自上位控制器发送的数据帧格式后，首先将当前数据“长度控制字”减1，作为向下一级节点单元传送的新的控制字长度，然后移位传送控制字和控制数据，在发送完当前控制字和控制数据后，一旦接收到播放控制字后，则立即执行播放程序，然后继续接收新的数据帧直至数据接收完毕。

上述公开的技术方案在结构上的变更和修改，对于本专业的技术人员来说是显而易见的，可以理解上述实施例仅仅是为了阐明本实用新型的目的，而并非理解成对本实用新型的限定。因此，在没有超出本实用新型精神的任何修改都将包括在附加的权利要求的保护范围内。

上述公开的技术方案在结构上的变更和修改，对于本专业的技术人员来说是显而易见的，可以理解上述实施例仅仅是为了阐明本发明的目的，而并非理解成对本发明的限定。因此，在没有超出本实用新型精神的任何修改都将包括在附加的权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，其特征在于，包括：

——至少一个含有第一光谱输出的的第一LED照明单元(100)；

——至少一个与所述第一LED照明单元(100)作电气连接的嵌入式智能节点控制单元(10)；

——所述的智能节点控制单元(10)的内部还进一步配置有：至少一个用于接收来自外部数据通道(1101)、(1102)的第一数据和第二数据的第一接口单元(110)；至少一个用于经下一级外部数据通道(1301)、(1302)发送第三数据和第四数据的第二接口单元(130)；至少一个将所述第一接口单元(110)、第二接口单元(130)作电气连接的微控制器单元(120)；所述的至少一个微控制器单元(120)进一步还包括：采用两入两出为特征的串行物理总线和串型数据帧格式协议；

——至少一个接收来自外部电力(1400)的电源单元(140)，分别经电源供给线(1401)、(1402)向所述第一LED照明单元(100)、所述智能节点控制单元(10)进行供电。

2.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的第一LED照明单元(100)还进一步包括：至少含有一个第二光谱输出的第二LED照明单元或/和至少含有一个第三光谱输出的第三LED照明单元；所述的第一、第二、第三LED照明单元，分别具有以不同色彩的光谱输出的LED发光二极管组成。

3.如权利要求1或2所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的至少一个第一LED照明单元、所述的至少一个第二LED照明单元、所述的至少一个第三LED照明单元，分别含有至少一个红色LED、至少一个绿色LED、至少一个蓝色LED。

4.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的第一接口单元(110)的第一数据端口，是通用异步串行输入端口；所述的第一接口单元(110)的第二数据端口，是兼容TTL/CMOS电平格式的同步SYN输入控制端口。

5.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的第二接口单元(130)的第三数据端口，是通用异步串行输出端口；所述的第二接口单元(130)的第四数据端口，是兼容TTL/CMOS电平格式的同步SYN输出控制端口。

6.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的至少一个微控制器单元(120)内置有片内存储器，用以存储内部程序及外部数据。

7.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的至少一个微控制器单元(120)，其中，所述的串行数据帧格式协议，包括起始信号或/和数据控制字或/和控制数据或/和播放同步字或/和校验字等信息。

8.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的至少一个微控制器单元(120)，是以逐位或逐字节或逐帧地接收上位智能节点的移位数据，同时再向下级智能节点逐位或逐字节或逐帧地移位发送，进行异步通信的。

9.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的至少一个微控制器单元(120)，具有驱动LED的PWM控制输出或/和通、断控制输出或/和闪光控制输出的能力。

10.如权利要求1所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，所述的至少一个电源单元(140)，其电源的输入，是交流输入或直流输入中的一种，其输出部分至少满足向所述的微控制器单元(120)、所述的第一LED照明单元(100)及后级智能节点进行相适宜的供电。

11.如权利要求1或2所述的非寻址型嵌入式2线制通信及控制装置，配置含有为所述的至少一个第一光谱输出的第一LED照明单元、至少一个第二光谱输出的第二LED照明单元、至少一个第三光谱输出的第三LED照明单元，提供光辐射路径的二次光学装置，所述的二次光学装置对所述的LED照明单元内的各别LED而言，是独立结构或/和整体结构方式。