CZ2012552A3

CZ2012552A3 - General-purpose single chip control device

Info

Publication number: CZ2012552A3
Application number: CZ2012-552A
Authority: CZ
Inventors: Dalibor Slovák
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-01-15
Also published as: WO2014026659A2; CZ304233B6; WO2014026659A3; EP2896276A2

Abstract

Obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídícího napětí. Vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy, zatímco na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5 V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu. Univerzální jednočipové řídící zařízení je určeno k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako jsou mimo jiné osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektů.It comprises a microprocessor unit interconnected with an external timer and equipped with a software module for transforming the logical values of the discrete signal into continuous voltage control signal values. The input of this microprocessor unit is connected via a USB port with at least one MIDI control signal source, while the output, respectively, is output via a USB port. the outputs of the microprocessor unit are connected to at least one device with states controlled by continuous output voltage values in the range of 0 to 5.5 V depending on the logical values of the discrete input signal. The versatile single-chip control device is designed to program-control electrically powered machines and equipment such as lighting equipment and visual stage effects.

Description

Univerzální jednočipové řídící zařízeníUniversal single-chip control device

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká univerzálního jednočipového řídícího zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako je např. osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektů.The invention relates to a universal single-chip control device for the program control of electrically driven machines and devices, such as lighting devices and visual stage effects technology.

Dosavadní stav technikyState of the art

V současné době jsou známa především řídící zařízení, která využívají protokol DMX512. Tento patří ve většině případů k základní výbavě všech profesionálních zařízení, která slouží k provozu světelné jevištní techniky. Je první digitální náhradou analogového řízení, kde zakladm řídicí veličinou je konkrétní hodnota napětí. Jeho specifikace vychází z průmyslového standardu EIA485, který byl dříve značen jako RS485. Protokol DMX512 byl navržen v roce 1986 institutem US1TT (United States Institute for Theatre Technology) pro řízení stmívačů a dalších speciálních efektů pomocí digitálního rozhraní. Měl nahradit do té doby používané analogové řízení, kde jako řídicí veličina sloužila výše zmiňovaná konkrétní hodnota napětí na řídicím kabelu. S tím bylo spojeno hned několik potíží. Pro každý řízený vstup (např. jeden kanál stmivače) byl potřeba jeden vodič, navíc nebyla vždy přesně dána řídicí veličina, neboť vlivem výrobních tolerancí mohla různá zařízení chápat či naopak vydávat mírně odlišné povely. Základem protokolu DMX512 je jeho elektrická specifikace. Ta vychází z již zmiňovaného, osvědčeného průmyslového standardu EIA485. Vzhledem k používání tohoto standardu v průmyslu jsou i technické prostředky pro jeho implementaci levné a přizpůsobené pro náročné podmínky. Pro přenos se využívá tří-pinový případně pěti-pinový konektor XLR. Jelikož data jsou přenášená po dvou vodičích a třetí vodič je zemnicí, není u pěti-pinového konektoru čtvrtý a pátý pin využíván. V praxi se používá především tří-pinový konektor. Pokud je v rámci jedné světelné sestavy využíváno více světelných jednotek, jsou zapojovány topologií sběrnice. Jednotlivá zařízeni se určují adresně pomocí tabulek, které vytváří vždy výrobce daného zařízení. Vzhledem k impedančnímu přizpůsobení je nutno připojovat k poslední jednotce terminátor.Currently, control devices that use the DMX512 protocol are known. In most cases, this belongs to the basic equipment of all professional equipment used for the operation of stage lighting technology. It is the first digital replacement for analog control, where the basic control variable is a specific voltage value. Its specification is based on the EIA485 industry standard, which was previously designated RS485. The DMX512 protocol was designed in 1986 by the US1TT (United States Institute for Theater Technology) to control dimmers and other special effects using a digital interface. It was to replace the analog control used until then, where the above-mentioned specific voltage value on the control cable served as the control variable. There were several problems with this. One conductor was needed for each controlled input (eg one dimmer channel), moreover, the control variable was not always given precisely, because due to production tolerances, different devices could understand or, on the contrary, issue slightly different commands. The basis of the DMX512 protocol is its electrical specification. It is based on the already mentioned, proven industry standard EIA485. Due to the use of this standard in industry, the technical means for its implementation are cheap and adapted to demanding conditions. A three-pin or five-pin XLR connector is used for transmission. Because the data is transmitted on two wires and the third wire is ground, the fourth and fifth pins are not used for the five-pin connector. In practice, a three-pin connector is mainly used. If several light units are used within one light set, they are connected by a bus topology. Individual devices are determined by address using tables, which are always created by the manufacturer of the device. Due to the impedance matching, a terminator must be connected to the last unit.

Nevýhodou využití protokolu DMX512 je skutečnost, že prodražuje světelná zařízení a snižuje jejich dostupnost pro širší masy uživatelů, kteří by rádi obohatili svou produkci i o vizuální efekty. Další nevýhodou související s protokolem DMX512 je nutnost vybavit mateřské zařízeni modulem, který dokáže transformovat audio signál, případně MIDI povely do příkazů protokolu DMX512. Tato funkčnost se samozřejmě také odráží v ceně zařízení.The disadvantage of using the DMX512 protocol is the fact that it makes lighting devices more expensive and reduces their availability for a wider mass of users who would like to enrich their production with visual effects. Another disadvantage related to the DMX512 protocol is the need to equip the parent device with a module that can transform the audio signal or MIDI commands into DMX512 protocol commands. Of course, this functionality is also reflected in the price of the device.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá do značné míry univerzální jednočipové řídící zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení podle vynalezu, které je mimo jiné použitelné i pro osvětlovací zařízení a techniku vizuálních jevištních efektů.The universal single-chip control device contributes to the elimination of the above-mentioned shortcomings to the program control of electrically driven machines and devices according to the invention, which can be used, inter alia, for lighting equipment and visual stage technology.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že univerzální jednočipové řídící zařízení obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídicího napětí. Vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy. Na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.The essence of the invention lies in the fact that the universal single-chip control device comprises a microprocessor unit connected to an external timer and equipped with a software module for transforming the logic values of the discrete signal into values of the continuous control voltage signal. The input of this microprocessor unit is connected via a USB port to at least one control signal source based on a MIDI message. At the output, resp. the outputs of the microprocessor unit are connected to at least one device with states controlled by continuous values of the output voltage in the range of 0 to 5.5V depending on the logic values of the discrete input signal.

Mikroprocesorová jednotka univerzálního jednočipového řídícího zařízení může být vybavena jedním až osmi výstupy k připojení zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí, případně USB vstupem k připojení na centrální počítač.The microprocessor unit of the universal single-chip control device can be equipped with one to eight outputs for connecting devices with states controlled by continuous values of the output voltage, or a USB input for connection to a central computer.

Zdrojem řídicího signálu může být s výhodou přehrávač záznamu obsahujícího audio stopu hudební nahrávky a alespoň jednu stopu MIDI řídicího signálu.The control signal source may preferably be a recording player comprising an audio track of a music recording and at least one track of a MIDI control signal.

Jednočipový vysoce univerzální kontrolér podle vynálezu je možno zapojovat do jakéhokoliv koncového zařízení, např. s jeho pomocí koordinovat vizuální efekty na jevišti spolu s hudbou. Zařízení je koncipováno tak, že je možno programově ošetřit nejen klávesy (čísla not), na ktere bude zařízení reagovat, ale také je možno přes výkonový stupeň připojit nejen světelná zařízeni, ale i jakákoliv kompatibilní elektrická zařízení, která jako vstup používají TTL logiku tedy napr. motory čerpadel vodních fontán nebo zařízení vytvářející umělý dým. Mezi základní výhody zařízení patří jeho výrobní cena. Další výhodou je jeho snadná implementace do koncových stupňů světelných aplikací. Ze zařízení bude dostupný pouze USB konektor a případně přepínač jumperu pro snadné přeprogramování samotné aplikace v případě změn ve světelné sestavě. Významným přínosem je možnost využít jakákoliv efektová zařízení bez ohledu na to, jakým protokolem disponují či nedisponují v rámci své softwarové výbavy. Jediným nutným předpokladem je ošetření výstupů pro světelnou sestavu pomocí tlumivek v případě velkých příkonu z důvodů ovládání intenzity pomocí pulzně šířkové modulace. Zařízení je jistě dále konfigurovatelné a programovatelné.The single-chip highly versatile controller according to the invention can be connected to any terminal device, e.g. with its help to coordinate visual effects on stage together with music. The device is designed so that it is possible to programmatically treat not only the keys (note numbers) to which the device will respond, but also it is possible to connect not only lighting devices, but also any compatible electrical devices that use TTL logic as input. water fountain pump engines or artificial smoke generating equipment. The basic advantages of the device include its production price. Another advantage is its easy implementation in the final stages of lighting applications. Only the USB connector and possibly a jumper switch will be available from the device for easy reprogramming of the application itself in case of changes in the lighting system. A significant benefit is the possibility to use any effects devices, regardless of the protocol they have or do not have within their software equipment. The only necessary precondition is the treatment of the outputs for the light assembly by means of chokes in the case of large wattages for reasons of intensity control by means of pulse width modulation. The device is certainly further configurable and programmable.

Příklad vynálezuExample of the invention

Univerzální jednočipové řídící zařízení v příkladném provedení obsahuje mikroprocesorovou jednotku - v příkladném provedení konkrétně PIC 18F2550 (Microchip), propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídícího napětí. Zdrojem pro generování časového signálu je XTAL 20MHz s dvojicí keramických kondenzátorů 15pF. Flodnota tohoto krystalu byla vybrána z důvodu jeho dostupnosti, samotný mikrokontroler umožňuje použití krystalu v hodnotách (4, 8, 12, 16, 20, 24, 40, 48 MHz). Mikrokontroler je vybaven i vnitřním RC oscilátorem, ale pro zapojení využívající USB port je nutné použít přesný zdroj hodinového kmitočtu - krystal.The universal single-chip control device in the exemplary embodiment comprises a microprocessor unit - in the exemplary embodiment specifically a PIC 18F2550 (Microchip), connected to an external timer and equipped with a software module for transforming logic values of a discrete signal to continuous control signal values. The source for generating the time signal is XTAL 20MHz with a pair of 15pF ceramic capacitors. The fertility of this crystal was chosen because of its availability, the microcontroller itself allows the use of the crystal in values (4, 8, 12, 16, 20, 24, 40, 48 MHz). The microcontroller is also equipped with an internal RC oscillator, but for connection using the USB port it is necessary to use an accurate clock source - crystal.

Vstup mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy. Každá MIDI zpráva může obsahovat hodnotu od 0 do 255, tedy celkem 256 různých hodnot. Zprávy MIDI jsou rozděleny do dvou základních kategorií: zprávy Status a Data. Zpráva Status slouží k určení druhu informace, která je skrze MIDI posilana. Oznamuje zařízení, které zprávu přijímá, která událost náleží kterému kanalu MIDI a o jakou událost se jedná. Může jít např. o události: Note On, Pitch bend (změna výsky tonu), Program Change (změna patche) nebo aftertouch (poslední událost nastává v okamžiku, kdy je vyvinut další tlak na již stlačenou notu). Datové bajty obsažené ve zprávě zase zařízeni informuji o tom, jaké hodnoty jsou přiřazeny událostem, které v sobě nese Status Byte.The input of the microprocessor unit is connected via a USB port to at least one control signal source based on a MIDI message. Each MIDI message can contain a value from 0 to 255, for a total of 256 different values. MIDI messages are divided into two basic categories: Status and Data messages. The Status message is used to specify the type of information that is sent through MIDI. Announces the device that receives the message, which event belongs to which MIDI channel and which event it is. These can be events such as: Note On, Pitch bend, Program Change or aftertouch (the last event occurs when additional pressure is applied to an already pressed note). The data bytes contained in the message, in turn, inform the device what values are assigned to the events that the Status Byte carries.

Mikroprocesorová jednotka univerzálního jednočipového řídícího zařízení je vybavena osmi výstupy k připojení řízených zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.The microprocessor unit of the universal single-chip control device is equipped with eight outputs for connecting controlled devices with states controlled by continuous values of the output electrical voltage in the range of 0 to 5.5V depending on the logic values of the discrete input signal.

K připojení na centrální počítač je pak mikroprocesorová jednotka vybavena příslušným USB vstupem.The microprocessor unit is then equipped with the appropriate USB input for connection to the central computer.

Claims

PATENT CLAIMS

1. A universal single-chip control device for the program control of electrically driven machines and devices, such as, inter alia, lighting equipment and visual stage effects technology, characterized in that it comprises a microprocessor unit connected to an external timer and equipped with a software module for transforming logic values of a discrete signal to the value of the continuous control voltage signal, wherein the input of this microprocessor unit is connected via a USB port to at least one control signal source based on a MIDI message, while to the output, resp. the outputs of the microprocessor unit are connected to at least one device with states controlled by continuous values of the output voltage in the range of 0 to 5.5V depending on the logic values of the discrete input signal.

Universal single-chip control device according to claim 1, characterized in that its microprocessor unit is equipped with one to eight outputs for connecting devices with states controlled by continuous values of the output electrical voltage.

Universal single-chip control device according to claim 1, characterized in that its microprocessor unit is equipped with a USB input for connection to a central computer.

The universal single-chip control device according to claim 1, characterized in that the control signal source is a recording player comprising an audio track of a music recording and at least one track of a MIDI control signal.