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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Beleuchtungssysteme, die ein serielles Netzwerk bilden, das eine Vielzahl von Knoten umfasst, die über einen Datenbus miteinander verbunden sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Illuminationssysteme, unter anderem für Beleuchtungsanwendungen in Fahrzeugen, ohne darauf beschränkt zu sein, verwenden häufig LED-Technologie. Die LED-Technologie wird typischerweise vorteilhaft verwendet, da die Herstellung von LED-Beleuchtungsquellen kostengünstig ist und der Energieverbrauch von LED-Beleuchtungsquellen gering ist.
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Die Steuerung von Illuminierungssystemen in Automobilanwendungen sollte robust und ausfallsicher sein. Zum Beispiel sollte sie nicht durch externe elektromagnetische Felder, elektrische Spitzen oder andere Störquellen beeinträchtigt werden. Automobilumgebungen sind jedoch elektrisch verrauscht. Eine fehlerhafte Übertragung von Daten oder eine unbeabsichtigte Aktivierung von Illuminierungssystemen kann zu gefährlichen Situationen führen, die es zu vermeiden gilt.
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Einige Systeme des Standes der Technik stellen die Verbindung zwischen verschiedenen LED-Lichtknoten und ihren Steuerungen über ein LIN Bus-System her. Der LIN Bus-Standard (Local Interconnect Network) ist ein bekanntes Protokoll, das für die Verwendung bei der Kommunikation zwischen einer Reihe von verteilten Modulen definiert ist. Der LIN Standard definiert ein relativ kostengünstiges, serielles Kommunikationsnetzwerk. LIN ist eine Ergänzung zu anderen Multiplex-Netzwerken in Kraftfahrzeugen, einschließlich des Controller Area Network (CAN), zielt aber auf Anwendungen, die Netzwerke erfordern, die keine übermäßige Bandbreite, Leistung oder extreme Fehlertoleranz benötigen.
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Ein solcher LIN Kommunikationsstandard bezieht sich typischerweise auf Systeme, in denen eine Vielzahl gleichartiger Module auf einer gemeinsamen Bus-Leitung verwendet wird und in denen jedes Modul möglicherweise einzeln angesprochen werden muss. Ein serielles LIN Bus-System umfasst einen Master-Knoten, der über eine drahtgebundene Verbindung, z. B. durch eine einzelne Datenleitung, die einen gemeinsamen Signalleiter bildet, mit einem oder mehreren Slave-Knoten verbunden ist. Somit bilden der Master-Knoten und der (die) Slave-Knoten, die über die Datenleitung verbunden sind, einen Netzwerk-Cluster. Jeder Knoten im Cluster kann eine eindeutige Identität haben, die als eindeutige Kennung im Knoten programmiert oder dem Knoten durch ein in der Technik bekanntes Autoadressierungsverfahren zugewiesen werden kann. Diese eindeutige Identität ermöglicht es dem Master-Knoten, mit einem ausgewählten Slave-Knoten oder einer Gruppe von Slave-Knoten zu kommunizieren. Ein Nachteil einer LIN-basierten Lösung ist, dass die Anzahl der LEDs, die gesteuert werden können, recht begrenzt ist.
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Andere Systeme des Standes der Technik stellen die Verbindung zwischen verschiedenen LEDs und ihren Steuerungen über ein Controller Area Network (CAN) System bereit. Die Einstellung von Illuminierungssystemen direkt in CAN ist jedoch komplex, schwierig zu reparieren oder auszutauschen im Falle eines Fehlers oder Unfalls, und die Implementierung ist teuer.
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Daher sind auch andere Bus-Systeme, wie z. B. in
EP3478031 gezeigt, offenbart worden, wobei einige der genannten Nachteile eines LIN Systems oder eines CAN-Systems vermieden werden. Das in
EP3478031 offenbarte System ist billiger in der Implementierung als ein CAN-System, stellt eine hohe Bandbreite bereit und kann eine große Anzahl von Slave-Knoten mit einer Master-Vorrichtung verbinden. Es ist jedoch immer noch teurer als ein einfacher LIN Bus, da es auf einer Zweidraht-Kommunikation basiert, während ein LIN Bus nur eine einzige Leitung hat.
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In
EP3258652 wird ein LIN System gezeigt, das das Problem der begrenzten Anzahl von Slave-Knoten, die in einem Illuminierungssystem angesprochen werden können, überwindet. Die Kommunikationsbandbreite ist jedoch weiterhin auf die Bandbreite eines LIN Busses beschränkt.
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Neue Beleuchtungs- oder Illuminierungssysteme müssen in bestehende Architekturplattformen, z. B. von Fahrzeugen, integriert werden, wobei in den Knoten bestehende Schnittstellen verwendet werden, wie zum Beispiel eine LIN Schnittstelle eines LIN Master-Knotens. Solche Systeme müssen in der Lage sein, Beleuchtungs- oder Illuminierungsszenarien mit einer hohen Anpassungsrate von Helligkeit und/oder Farbe zu bewältigen, die einen Bus mit ausreichender Buskommunikationsbandbreite erfordern.
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Ein solches System kann leicht entstehen, da die Fahrzeughersteller regelmäßig Teilnetzwerke wie z. B. Innenbeleuchtungssysteme aufrüsten, aber nicht die gesamte Netzwerkarchitektur des Fahrzeugs. Dies bedeutet zum Beispiel, dass eine dynamische Lichtapplikation, die sich durch eine hohe Anpassungsrate von Helligkeit und/oder Farbe auszeichnet, aus veralteten Gründen mit einer langsamen LIN Master-Schnittstelle der Karosseriesteuerung verbunden ist. Die Karosseriesteuerung ist eine Electronic Control Unit (ECU), die mehrere Steuerfunktionen bereitstellt, z. B. Außen- und Innenlichter, Scheibenwischer, Türschlösser, Fensterheber usw.
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Die oben genannten Lösungen aus dem Stand der Technik sagen nichts darüber aus, wie ein System mit z. B. einer LIN Schnittstelle mit einer bandbreitenbegrenzten Master-Vorrichtung mit den Slave-Vorrichtungen zusammenarbeiten kann, um schnell wechselnde Beleuchtungsszenarien durchzuführen.
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US2013/249442 A1 offenbart eine digitale Subnetzwerk-Schnittstelleneinheit, die einen primären digitalen Beleuchtungs-Schnittstellenport zur Kopplung an ein primäres Beleuchtungsnetzwerk einschließt. Eine Adresse der digitalen Subnetzwerk-Schnittstelleneinheit im primären Beleuchtungsnetzwerk wird manuell an der digitalen Subnetzwerk-Schnittstelleneinheit eingestellt. Ein sekundärer digitaler Beleuchtungs-Schnittstellenport ist mit einem sekundären Beleuchtungsnetzwerk verbunden. Ein Beleuchtungs-Subnetzwerk-Prozessor in der Schnittstelleneinheit ist so konfiguriert, dass er sekundären Beleuchtungsvorrichtungen Adressen zuweist und Befehle von einer primären digitalen Beleuchtungssteuerung empfängt, die sich auf eine Adresse der digitalen Subnetzwerk-Schnittstelleneinheit beziehen.
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Es besteht daher ein Bedarf an einem System, das sowohl für Szenarien geeignet ist, wobei ein Bus mit geringer Bandbreite ausreicht, als auch für Szenarien, bei denen ein Bus mit hoher Bandbreite verwendet wird, um hohe Anpassungsraten zu bewältigen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem bereitzustellen, das eine Vielzahl von Knoten umfasst, die in einem seriellen Netzwerk angeordnet sind, wobei die für die Aktualisierung des Netzwerks erforderliche Zeit, wenn zwischen verschiedenen Beleuchtungsszenarien umgeschaltet wird, im Vergleich zu Lösungen des Standes der Technik reduziert wird.
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Die obige Aufgabe wird durch die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht.
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In einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Beleuchtungssystem, das eine Vielzahl von Knoten umfasst, die in einem seriellen Netzwerk angeordnet sind. Das Beleuchtungssystem umfasst:
- -°einen Master-Knoten,
- -°einen oder mehrere Gateway-Knoten,
- -°einen ersten Kommunikationsbus, der den einen oder die mehreren Gateway-Knoten mit dem Master-Knoten verbindet,
- -°eine Vielzahl von Slave-Knoten, wobei jeder Slave-Knoten mit einer Beleuchtungsquelle verbunden ist und zur Übertragung von Datennachrichten eingerichtet ist,
- -°einen oder mehrere zweite Kommunikationsbusse, die jeweils einen der Gateway-Knoten mit einem oder mehreren Slave-Knoten der genannten Vielzahl verbinden,
und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Master-Knoten eingerichtet ist, um eine eindeutige Netzwerkadresse über den ersten Kommunikationsbus an den einen oder die mehreren Gateway-Knoten zu übertragen, und der eine oder die mehreren Gateway-Knoten eingerichtet sind, um eine eindeutige Netzwerkadresse über einen der zweiten Kommunikationsbusse an die Vielzahl von Slave-Knoten zu übertragen, und dass mindestens ein Gateway-Knoten eingerichtet ist, um einen Beleuchtungsplan für die Beleuchtung eines oder mehrerer Slave-Knoten zu speichern, die mit diesem Gateway-Knoten verbunden sind.
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Die vorgeschlagene Lösung erlaubt tatsächlich eine schnellere Aktualisierung des Netzwerks, wenn das Beleuchtungsszenario angepasst wird. Indem der Beleuchtungsplan (der eine Vielzahl von Beleuchtungsszenarien umfasst) in mindestens einem der Gateway-Knoten abgelegt wird, können diese Gateway-Knoten, sobald sie ihre eindeutige Adresse auf dem ersten Kommunikationsbus erhalten haben, die Nachrichten zur Aktualisierung der Slave-Knoten, die mit dem einen oder den mehreren Gateway-Knoten verbunden sind, parallel über die jeweiligen zweiten Kommunikationsbusse übertragen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kommunikationsbus und die jeweiligen zweiten Kommunikationsbusse für eine bidirektionale Kommunikation eingerichtet.
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In einigen Ausführungsformen ist mindestens einer der Gateway-Knoten auch ein Slave-Knoten, der mit einer Beleuchtungsquelle verbunden ist.
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In vorteilhaften Ausführungsformen umfasst mindestens eine der Beleuchtungsquellen eine oder mehrere Leuchtdioden, LEDs.
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Vorzugsweise sind ein oder mehrere mit einem der Gateway-Knoten verbundene Slave-Knoten, die zum Speichern des Beleuchtungsplans eingerichtet sind, dazu eingerichtet, die Beleuchtungsquelle auf der Grundlage des Beleuchtungsplans zu steuern. Vorteilhafterweise wird die eindeutige Netzwerkadresse ausgenutzt, um die Beleuchtungsquelle zu steuern.
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In bevorzugten Ausführungsformen umfasst mindestens einer der einen oder mehreren Slave-Knoten, die mit dem mindestens einen Gateway-Knoten verbunden sind, eine oder mehrere Nachschlagetabellen. Vorzugsweise umfassen der eine oder die mehreren Slave-Knoten, die mit dem mindestens einen Gateway-Knoten verbunden sind, alle die eine oder die mehreren Nachschlagetabellen. Der mindestens eine der ein oder mehreren Slave-Knoten ist so konfiguriert, dass er auf der Grundlage der eindeutigen Netzwerkadresse einen Lichtintensitätswert und/oder eine Farbe berechnet. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Indizes für die Nachschlagetabelle auf der Grundlage der eindeutigen Netzwerkadresse berechnet.
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In einer Ausführungsform umfassen alle Gateway-Knoten den Beleuchtungsplan.
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In bevorzugten Ausführungsformen sind der erste Kommunikationsbus und die verschiedenen zweiten Kommunikationsbusse vom gleichen Typ.
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Vorteilhafterweise ist mindestens einer der ersten und der jeweiligen zweiten Kommunikationsbusse ein LIN Kommunikationsbus.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die Slave-Knoten jeweils als ein integrierter Schaltkreis implementiert. Der integrierte Schaltkreis kann Speichermittel zum Speichern der eindeutigen Netzwerkadressen und/oder der Nachschlagetabelle umfassen.
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In einer Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Gateway-Knoten jeweils als integrierter Schaltkreis implementiert. Der integrierte Schaltkreis umfasst einen Speicher zum Speichern der eindeutigen Netzwerkadressen und/oder des Beleuchtungsplans und/oder der einen oder mehreren Nachschlagetabellen.
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In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeugbeleuchtungssystem, das ein Beleuchtungssystem wie zuvor beschrieben umfasst.
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Um die Erfindung und die gegenüber dem Stand der Technik erzielten Vorteile zusammenzufassen, wurden bestimmte Aufgaben und Vorteile der Erfindung oben beschrieben. Natürlich ist es zu verstehen, dass nicht notwendigerweise alle diese Aufgaben oder Vorteile in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung erreicht werden können. Zum Beispiel wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung in einer Ausführungsform verkörpert oder ausgeführt werden kann, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hierin gelehrt werden, erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise andere Objekte oder Vorteile zu erreichen, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden können.
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Die obigen und andere Aspekte der Erfindung werden aus der (den) nachfolgend beschriebenen Ausführungsform(en) ersichtlich und werden durch diese erläutert.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, wobei sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren beziehen.
- 1 illustriert eine Architektur eines Beleuchtungssystems, wie es in der vorliegenden Erfindung betrachtet wird.
- 2 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Zuweisung von Netzwerkadressen an ein Netzwerk wie in 1.
- 3 illustriert einen möglichen Ansatz für die Zuweisung von Adressen und Nachrichten-IDs an die Gateway-Knoten wie im Netzwerk von 1.
- 4 illustriert einen möglichen Ansatz für die Zuweisung von Adressen und Nachrichten-IDs an Slave-Knoten, die mit demselben Gateway-Knoten verbunden sind.
- 5 illustriert eine Lösung nach dem Stand der Technik, wobei der Beleuchtungsplan im Master-Knoten gespeichert ist.
- 6 illustriert die Beziehung zwischen dem Beleuchtungsplan, dem Datenpuffer und dem Scheduler für z. B. ein LIN Netzwerk.
- 7 illustriert eine Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Beleuchtungsplan in mindestens einem Gateway-Knoten, in diesem Fall in allen drei Gateway-Knoten, gespeichert ist.
- 8 illustriert eine Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Nachschlagetabellen angewendet werden.
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Detaillierte Beschreibung illustrierender Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche.
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Weiterhin werden die Begriffe erste, zweite und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Unterscheidung ähnlicher Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zur Beschreibung einer Abfolge, sei es zeitlich, räumlich, in der Rangfolge oder in irgendeiner anderen Weise. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung auch in anderen als den hierin beschriebenen oder illustrierten Sequenzen funktionieren können.
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Es ist zu beachten, dass der in den Ansprüchen verwendete Begriff „umfassend“ nicht so auszulegen ist, dass er auf die nachfolgend aufgeführten Mittel beschränkt ist; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Er ist daher so auszulegen, dass er das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte oder Komponenten spezifiziert, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte oder Komponenten oder Gruppen davon nicht ausschließt. Daher sollte der Umfang des Ausdrucks „eine Vorrichtung, die Mittel A und B umfasst“ nicht auf Vorrichtungen beschränkt werden, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Es bedeutet, dass in Bezug auf die vorliegende Erfindung die einzigen relevanten Komponenten der Vorrichtung A und B sind.
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Wenn in dieser Beschreibung von „eine Ausführungsform“ oder „einer Ausführungsform“ die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Daher beziehen sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen dieser Beschreibung nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform, können dies aber. Weiterhin können die besonderen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise kombiniert werden, wie es für einen Fachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich ist, in einer oder mehreren Ausführungsformen.
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Ebenso ist zu beachten, dass bei der Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder Beschreibung derselben zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu straffen und das Verständnis eines oder mehrerer der verschiedenen erfinderischen Aspekte zu erleichtern. Dieses Verfahren der Offenbarung ist jedoch nicht so zu verstehen, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert, als in den einzelnen Ansprüchen ausdrücklich angegeben sind. Vielmehr liegen, wie die folgenden Ansprüche zeigen, erfinderische Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen, zuvor offenbaren Ausführungsform. Daher werden die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche hiermit ausdrücklich in diese ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine separate Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Während weiterhin einige hierin beschriebene Ausführungsformen einige, aber nicht alle Merkmale einschließen, die in anderen Ausführungsformen enthalten sind, sind Kombinationen von Merkmalen verschiedener Ausführungsformen so zu verstehen, dass sie in den Umfang der Erfindung fallen und verschiedene Ausführungsformen bilden, wie sie von Fachleuten verstanden werden. Zum Beispiel kann in den folgenden Ansprüchen jede der beanspruchten Ausführungsformen in jeder Kombination verwendet werden.
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Es ist zu beachten, dass die Verwendung einer bestimmten Terminologie bei der Beschreibung bestimmter Merkmale oder Aspekte der Erfindung nicht dahingehend verstanden werden sollte, dass die Terminologie hier neu definiert wird, um alle spezifischen Eigenschaften der Merkmale oder Aspekte der Erfindung einzuschließen, mit denen diese Terminologie assoziiert ist.
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In der hier bereitgestellten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu beeinträchtigen.
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Eine Architektur eines Beleuchtungssystems 100, designt gemäß der vorliegenden Erfindung, ist in
1 illustriert. Ein Master-Knoten 11 ist mit einem oder mehreren Gateway-Knoten 12 über einen Kommunikationsbus 20 verbunden. Im Beispiel der
1 sind drei Gateway-Knoten illustriert. Jeder Gateway-Knoten umfasst mindestens einen Eingangspin und mindestens einen Ausgangspin. Diese Pins werden verwendet, um Verbindungen bereitzustellen, die die Durchführung einer Adresskonfiguration erlauben, typischerweise während einer Initialisierungsphase. Verfahren zum Einstellen einer Adresskonfiguration sind im Stand der Technik gut bekannt, ein Beispiel ist in
DE 10 2018 104 591 B4 beschrieben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems ist der Kommunikationsbus 20 ein LIN Bus. In diesem Fall kann (können) der (die) Gateway-Knoten zum Beispiel eine Architektur wie die in
EP3258652 offenbarte Gateway-Vorrichtung haben. In anderen Ausführungsformen kann der Kommunikationsbus von einem anderen Typ sein, z. B. I2C, SPI, CAN oder ein anderes für die Durchführung der Lichtsteuerung geeignetes Bussystem.
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Jeder der Gateway-Knoten stellt eine weitere Schnittstelle bereit, mit denen weitere Kommunikationsbusse 21, 22 und 23, die auch als Subbusse bezeichnet werden, verbunden sind. Diese Subbusse verbinden weitere Beleuchtungsknoten 13, wie in 1 gezeigt. Diese Knoten werden auch als Slave-Knoten bezeichnet. Jeder Slave-Knoten ist mit einer Beleuchtungsquelle 14 verbunden. Die Beleuchtungsquelle kann zum Beispiel eine oder mehrere Leuchtdioden, LEDs, umfassen. Die Kommunikationssubbusse 21, 22, 23 verbinden jeweils einen der Gateway-Knoten mit einem oder mehreren Slave-Knoten der Vielzahl von Slave-Knoten im Beleuchtungssystem.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist/sind der (die) Kommunikationssubbus(se), der (die) den (die) Gateway-Knoten mit einem oder mehreren Slave-Knoten verbindet (verbinden), LIN Bus(se). In anderen Ausführungsformen sind sie z. B. I2C, SPI, CAN oder ein anderes geeignetes Bussystem. Vorzugsweise sind der erste Kommunikationsbus zwischen dem Master-Knoten und dem einen oder den mehreren Gateway-Knoten und der eine oder die mehreren zweiten Kommunikationsbusse zwischen einem Gateway-Knoten und Slave-Knoten vom gleichen Typ. Es ist jedoch zu beachten, dass dies keine strenge Anforderung ist.
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In einer Ausführungsform umfassen einer oder mehrere der Gateway-Knoten 12 ebenso wie die Slave-Knoten 13 eine Beleuchtungsfunktion. Dies bedeutet, dass ein solcher Gateway-Knoten 12 zwei Funktionen erfüllt:
- -°vom Master-Knoten 11 aus gesehen ist er ein Slave-Knoten, dem Kommunikationsnachrichten bereitgestellt werden. Diese Nachrichten werden entweder zur Steuerung der Beleuchtungsfunktion des Gateway-Knotens 12 verwendet oder zur Weiterleitung von Nachrichten an die Subbusse 21, 22, 23.
- -°von den Beleuchtungsknoten 13 aus gesehen fungiert der Gateway-Knoten als Master-Vorrichtung.
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In bevorzugten Ausführungsformen ist die Kommunikation zwischen den Slave-Knoten und dem Gateway-Knoten, mit dem die Slave-Knoten verbunden sind, bidirektional. Auch die Kommunikation zwischen dem Master-Knoten und dem einen oder mehreren Gateway-Knoten ist vorzugsweise bidirektional. Es ist auch zu beachten, dass über einen LIN Bus die Kommunikation immer zwischen einem Master-Knoten und einem oder mehreren Slave-Knoten erfolgt und nicht zwischen Slave-Knoten, ohne dass ein Master-Knoten beteiligt ist.
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In einem Initialisierungszyklus wird eine Adresskonfiguration der verschiedenen Netzwerkknoten durchgeführt, wobei jeder Netzwerkknoten eine eindeutige Netzwerkadresse erhält. In einem ersten Schritt erhält jeder der ein oder mehreren Gateway-Knoten von dem Master-Knoten eine Netzwerkadresse über den ersten Kommunikationsbus 20, der die ein oder mehreren Gateway-Knoten mit dem Master-Knoten verbindet. Jede Netzwerkadresse ist eindeutig auf dem ersten Kommunikationsbus.
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Eine mögliche Art der Zuweisung von Netzwerkadressen in einem Szenario wie in
1 dargestellt, in dem mehrere Gateway-Knoten vorhanden sind, die jeweils über einen Kommunikationsbus mit einem oder mehreren Slave-Knoten verbunden sind, ist in der bereits erwähnten Patentschrift
DE 10 2018 104 591 B4 beschrieben.
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2 stellt ein Flussdiagramm einer anderen möglichen Art der Adresseinstellung bereit, die in einem wie in 1 aufgebauten Netzwerk angewendet werden kann. In einem ersten Hauptbus-Initialisierungsschritt (101) erhält jeder der Gateway-Knoten 12 eine eindeutige Netzwerkadresse NAD (Schritt 102) und Nachrichten-IDs (Schritt 103) über den Kommunikationsbus 20. Dieser Kommunikationsbus kann als der Hauptbus angesehen werden, da alle Gateway-Knoten vom Master-Knoten 11 aus mit diesem Bus verbunden sind. Falls alle Gateway-Knoten ihre eindeutigen Netzwerkadressen NAD (Schritt 102) und Nachrichten (Schritt 103) erhalten haben, wird ein zweiter Subbus-Initialisierungsschritt (201) durchgeführt, wobei die Slave-Knoten 13 ihre eindeutigen Netzwerkadressen NAD (Schritt 202) und Nachrichten-IDs (Schritt 203) über einen der Subbusse 21, 22, 23 von den Gateway-Knoten 12 erhalten, mit denen diese Subbusse verbunden sind.
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Falls der Hauptbus und/oder die Subbusse LIN Busse sind, sind die Nachrichten LIN Nachrichten-IDs. Beispiele für solche LIN Nachrichten-IDs sind zum Beispiel in der ISO-Norm 17987-3 („Road Vehicles - Local Interconnect Network (LIN)“) enthalten.
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3 illustriert einen möglichen Weg, den Knoten die Adressen zuzuweisen. Offensichtlich erhalten die verschiedenen Gateway-Knoten ihre Netzwerkadressen/Nachrichten-IDs in einer sequentiellen Weise. In diesem Beispiel erhält der Knoten mit der Bezeichnung Gateway3 als erster seine eindeutige Netzwerkadresse, da dieser Knoten der letzte verbundene Knoten am Hauptbus ist. Als nächstes erhalten Gateway2 und dann Gateway1 nacheinander ihre eindeutige Netzwerkadresse NAD im Adressknoten-Zuordnungsschritt 102. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Reihenfolge nur ein Beispiel ist und dass auch jede andere Reihenfolge verwendet werden kann, z. B. beginnend mit Gateway1 bis Gateway3. Nach Schritt 102 werden die Nachrichten-IDs den Gateway-Knoten in Schritt 103 zugewiesen. Auch dies geschieht in einer sequentiellen Weise. Um zu prüfen, ob die Knotenadresse und die Nachrichten-IDs korrekt zugewiesen sind, kann in bestimmten Ausführungsformen jeder Gateway-Knoten so eingerichtet werden, dass er eine Antwort sendet, nachdem die Nachrichten-IDs festgelegt wurden. Sobald alle Gateway-Knoten Netzwerk-Knotenadressen und Nachrichten-IDs erhalten haben, ist der Hauptschritt der Bus-Initialisierung (101) abgeschlossen.
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4 illustriert, wie als nächstes jeder der Gateway-Knoten den Slave-Knoten, mit denen er über einen Kommunikationssubbus 21, 22, 23 verbunden ist, eine Netzwerkadresse bereitstellt, die für den jeweiligen Kommunikationssubbus eindeutig ist. Jeder der Gateway-Knoten initiiert nun den Subbus-Initialisierungsschritt 201. Dieser kann für zwei oder mehr Gateway-Knoten parallel durchgeführt werden, da dies Zeit im Initialisierungszyklus spart. Das bedeutet, dass alle Slave-Knoten 13 über den Subbus 21, 22, 23, mit dem sie verbunden sind, eine eindeutige Netzwerkadresse NAD und die Nachrichten-IDs von dem Gateway-Knoten empfangen, der ebenfalls mit diesem Subbus verbunden ist. Ähnlich wie oben für die Gateway-Knoten beschrieben, wird die folgende Sequenz auf die Slave-Knoten eines jeden Subbusses angewandt:
- -°Einstellung der Netzwerkadresse des Knotens (Schritt 202),
- -°Einstellung der Nachrichten-ID (Schritt 203),
- -°Abfrage, das bedeutet, jeder Slave sendet auf Anfrage Informationen zurück, zum Beispiel Informationen darüber, wie viele LEDs mit jedem Slave verbunden sind. Diese Informationen werden möglicherweise für den Beleuchtungsplan benötigt, wie später beschrieben. Während auf jedem Subbus diese Sequenz sequentiell abläuft, können die verschiedenen Gateway-Knoten die Sequenz für ihre jeweiligen Slave-Knoten parallel auf den verschiedenen Subbussen durchführen, was sehr zeitsparend ist.
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Die Anzahl der Zyklen, die benötigt werden, um die Einstellung der Netzwerkadresse während der Initialisierungsphase durchzuführen, ist gleich der Anzahl der Busse (erster und zweiter Kommunikationsbus zusammen). Zum Beispiel werden in 1 vier Adresseinstellungszyklen benötigt, da es einen Hauptkommunikationsbus und drei Subbusse gibt. Die Adresseinstellungszyklen für die Subbusse laufen, wie bereits erwähnt, vorzugsweise parallel ab.
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Nach der Initialisierungsphase hat jeder Netzwerkknoten eine Netzwerkadresse (NAD), die auf dem Kommunikationsbus, mit dem der Netzwerkknoten verbunden ist, eindeutig ist und die auch für seinen physischen Standort in einem Netzwerk repräsentativ ist. Das bedeutet auch, dass jeder physische Standort einer Beleuchtungsquelle, z. B. an einem Fahrzeug, über die eindeutige Netzwerkadresse des Slave-Knotens, mit dem er verbunden ist, abgebildet werden kann.
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In einigen Ausführungsformen sind die ein oder mehreren Gateway-Knoten jeweils als integrierter Schaltkreis implementiert. Auch Slave-Knoten können in einem integrierten Schaltkreis implementiert sein. Die Beleuchtungsquellen können als diskrete Komponenten mit dem integrierten Schaltkreis verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform können die LEDs, die eine Beleuchtungsquelle bilden, in demselben Gehäuse wie der integrierte Schaltkreis untergebracht sein. Dies kann dann als ein Beleuchtungsmodul betrachtet werden. Vorzugsweise wird die eindeutige Netzwerkadresse NAD z. B. in einem nichtflüchtigen programmierbaren Speicher, wie z. B. einem einmalig programmierbaren Speicher (OTP) oder einem mehrfach programmierbaren Speicher (EEPROM oder Flash-Speicher) des integrierten Schaltkreises (IC) gespeichert.
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Die Beleuchtungs-Knoten 13, d. h. die Slave-Knoten, umfassen eine oder mehrere Beleuchtungsquellen. Bei den Beleuchtungsquellen handelt es sich vorzugsweise um LED-Beleuchtungsquellen. Jede Beleuchtungsquelle umfasst dann eine oder mehrere LEDs. Wie bereits erwähnt, umfasst in einigen Ausführungsformen auch der Gateway-Knoten 12 eine Beleuchtungsquelle, so dass er gleichzeitig auch als Slave-Knoten betrachtet werden kann. Die eine oder mehreren LEDs der Beleuchtungsquelle können eine einzige Farbe oder verschiedene Farben haben, z. B. rot, grün und blau. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der LEDs jeweils (separat) in Bezug auf Helligkeit und Farbe steuerbar, damit jede LED-Beleuchtungsquelle ein bestimmtes Beleuchtungsszenario darstellen kann. Dieses Szenario kann aus einer Reihe von verschiedenen Beleuchtungsszenarien ausgewählt werden, die in einem so genannten Beleuchtungsplan zusammengefasst sind.
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Die Gateway-Knoten 12, die Beleuchtungsknoten 13 und das Netzwerk zwischen den Kommunikationsbussen 20, 21, 22, 23 sind in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung so eingerichtet, dass sie die verschiedenen Beleuchtungsszenarien des Beleuchtungsplans steuern.
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In einigen Fällen kann sich das angewendete Beleuchtungsszenario mit einer hohen Rate ändern, z. B. in der Größenordnung von alle 50 ms über die Gesamtheit des Hauptkommunikationsbusses und der ein oder mehreren Subbusse. Falls es sich bei den Kommunikationsbussen zum Beispiel um LIN Busse handelt, erlauben 50 ms nur bis zu 5 LIN Framenachrichten bei 20 kBaud mit 10 ms pro LIN Framenachricht. Typischerweise wird eine LIN Framenachricht verwendet, um Farb- und Intensitätsinformationen für einen einzelnen Knoten bereitzustellen.
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Bei konventionellen Lösungen, wie sie in der Technik bekannt sind, wird der Beleuchtungsplan, der den Satz von Beleuchtungsszenarien enthält, im Master-Knoten gespeichert. Ein Szenario umfasst dann eine Folge von Nachrichten, die vom Master-Knoten übertragen wird. Eine Framenachricht wird verwendet, um die erforderlichen Parameterinformationen für einen einzelnen Knoten bereitzustellen (sofern nicht eine Broadcast-Nachricht verwendet wird). Bei solchen Lösungen nach dem Stand der Technik hat der Master-Knoten die Kontrolle über die Informationen, die allen Knoten des Beleuchtungssystems bereitgestellt werden. Dies ist in 5 am Beispiel eines LIN Netzwerks illustriert. Wie bereits erwähnt, können auch andere Arten von Kommunikationsbussen in Betracht gezogen werden. Der Beleuchtungsplan ist in 5 durch das Bezugszeichen „Theme“ angezeigt. In dieser Figur ist das Netzwerk aus 1 in mehrere Subnetzwerke aufgeteilt:
- -°Gateway1, LIN Slave 1a, LIN Slave 2a, LIN Slave 3a, ... LIN Slave Xa, bilden das LIN Subnetzwerk a
- -°Gateway2, LIN Slave 1b, LIN Slave 2b, LIN Slave 3b, ... LIN Slave Xb, bilden das LIN Subnetwork b Die Architektur ist offen und kann bis zu einem letzten Subnetzwerk Y fortgesetzt werden:
- -°GatewayY, LIN Slave 1Y, LIN Slave 2Y, LIN Slave 3Y, ... LIN Slave XY bilden LIN Subnetzwerk Y
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Der Beleuchtungsplan muss in Nachrichten übersetzt werden, im Beispiel von 5 LIN Framenachrichten, die innerhalb des LIN Masters erzeugt oder verarbeitet werden. Eine Verarbeitungseinrichtung, zum Beispiel eine Central Processing Unit (CPU), im Master-Knoten holt z. B. ein komplettes Szenario aus der den Beleuchtungsplan repräsentierenden Tabelle und kopiert es in einen Datenpuffer. Dieser Datenpuffer wird von einem Scheduler, in diesem Beispiel mit einem LIN Bus ein LIN Scheduler, für die LIN Kommunikation verwendet, insbesondere um die entsprechenden LIN Framenachrichten auszusenden. Der LIN Scheduler ist in 5 als ‚S-TAB‘ gekennzeichnet. Die Tabelle im LIN Scheduler ‚S-TAB‘ wird vom LIN Master-Knoten bereitgestellt.
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6 zeigt die Beziehung zwischen dem Beleuchtungsplan (‚Theme‘), dem Datenpuffer und dem LIN Scheduler (‚S-TAB‘). In einem Standard-LIN Netzwerk kann die Weiterleitung von Informationen von einem Master-Knoten zu einem Slave-Knoten in einem Schema wie in 5 wie folgt durchgeführt werden. Angenommen, der LIN Master-Knoten möchte zum Beispiel die LED-Informationen auf dem LIN Subbus a, dem LIN Slave-Knoten 3a, aktualisieren. Zu diesem Zweck kopiert der Master-Knoten den Datenpuffer aus der Beleuchtungsplan-Tabelle in einen LIN Scheduler und legt die Information über eine LIN Nachricht LIN MSG1 auf den LIN Bus. Die Adresse des richtigen Netzwerkknotens und der LED-Beleuchtungsquelle ist in der LIN Nachricht encodiert. Die Nachricht LIN MSG1 wird von allen LIN Gateway-Knoten 12 empfangen. Die Gateway-Knoten dekodieren die empfangene Nachricht, die die Adressinformationen umfasst. In diesem speziellen Beispiel erkennt z. B. der Knoten „Gateway1“ in der LIN Nachricht seine Netzwerkadresse und weiß daher, dass er adressiert ist. LIN MSG1 wird in eine lokale LIN Subbus-Zeitplantabelle ‚S-TAB‘ kopiert und der Knoten leitet die Nachricht über LIN MSG 1a an den LIN Subbus „a“ weiter. Alle mit dem Subbus „a“ verbundenen LIN Slaves empfangen die Nachricht und decodieren sie, aber nur der LIN Slave 3a erkennt seine Adresse nach der Decodierung der empfangenen LIN Nachricht und beleuchtet die verbundene(n) LED(s) mit der in der LIN Nachricht übertragenen Intensität und Farbinformation. Die anderen Gateway-Knoten (Gateways 2, 3, ...Y) empfangen nur die LIN MSG1, aber da sie nicht adressiert sind, verwerfen sie die Nachricht einfach.
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Es werden zum Beispiel drei Gateway-Knoten angenommen, von denen jeder 10 LIN Slaves hat, die mit dem LIN Subbus jedes Gateway-Knotens verbunden sind. Der Master hat 33 LIN Nachrichten zu senden (3xGateway * 10xSlave), um das gesamte Netzwerk zu aktualisieren. Dies würde bei 10 ms pro LIN Nachricht bis zu 330 ms Zeit in Anspruch nehmen.
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Offensichtlich ist das oben beschriebene Verfahren relativ langsam für Anwendungen, wobei sich Beleuchtungsszenarien schnell ändern, da ein menschliches Auge in der Lage ist, Einzelbilder mit einer Rate von ungefähr 20 Hz zu erkennen, was einer Dauer von 50 ms entspricht, was viel kürzer ist als die Aktualisierungsrate des gesamten Netzwerks. Mit anderen Worten würden Beleuchtungsszenarien mit einer Aktualisierungsrate von 330 ms als Flackern erkannt werden. Die begrenzte Datenübertragungsgeschwindigkeit des LIN Busses im obigen Beispiel ist also ein blockierender Faktor. Für dynamische Beleuchtungsanwendungen besteht daher Verbesserungsbedarf, so dass Szenarien mit schneller Adaption in geeigneter Weise behandelt werden können, sogar falls ein relativ langsamer Kommunikationsbus wie ein LIN Bus verwendet wird.
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Die vorliegende Erfindung schlägt daher ein Beleuchtungssystem vor, wobei mindestens einer der Gateway-Knoten, vorzugsweise alle, den Beleuchtungsplan gespeichert haben, der die verschiedenen Beleuchtungsszenarien umfasst. Der Beleuchtungsplan kann in Ausführungsformen dieser Erfindung die Form einer Tabelle haben, die alle auswählbaren Beleuchtungsszenarien enthält. Er kann z. B. die folgenden Informationen bereitstellen:
- -°Szenario-Index -> Einträge für verschiedene Slave-Knoten können den gleichen Szenario-Index haben, wenn sie zueinander gehören, d. h. der gleichen Abfolge von Beleuchtungsszenarien folgen
- -°Farbinformationen (z. B. im RGB-Format oder über Nachschlagetabellen-Einträge - siehe unten)
- -°Intensitätsinformationen (z. B. in Prozent eines Bereichs oder über Nachschlagetabellen-Einträge, siehe unten)
- -°Fading-Informationen
- -°LED-Index, der sich auf eine einzelne LED, mehrere LEDs oder alle LEDs über eine Broadcast-Nachricht beziehen kann, die dann die gleichen Farb- und Intensitätsinformationen erhalten
- -°Statusinformationen werden für das Vorladen von Werten oder deren sofortige Aktualisierung verwendet; Slave-Knoten können bereits alle ihre internen Register mit RGB-Werten und Intensitätswerten über den hier beschriebenen Ansatz aktualisieren. Sie wenden sie jedoch nicht auf die Beleuchtungsquelle an. Erst wenn alle Slaves ihre Werte erhalten haben, können sie sie anwenden, wenn ein bestimmtes Ereignis eintritt. Das Feld SigUpdateColour (siehe unten) kann in bestimmten Ausführungsformen verwendet werden, um dies zu implementieren.
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Eine spezielle Folge von Anweisungen (z. B. LIN Nachrichten), die auf einem oder mehreren Gateway-Knoten gespeichert sind, kann dann über den Master-Knoten ausgelöst werden. Der Master-Knoten umfasst dann eine Übersicht über die möglichen Beleuchtungsszenarien und fordert in der von ihm gesendeten Kommunikation nur die von den Gateway-Knoten 12 auszuführenden und zu steuernden Beleuchtungsszenarien an. In diesem Fall initiiert der Master-Knoten die gesamte Sequenz, indem er nur eine einzige Nachricht sendet, die für einen bestimmten Gateway-Knoten oder, im Falle einer Broadcast-Nachricht, für alle Gateway-Knoten bestimmt ist, und die gesamte Handhabung des anzuwendenden Beleuchtungsszenarios wird lokal in den Slave-Knoten durchgeführt. Dadurch wird der Kommunikationsaufwand auf dem Bus reduziert. Von Vorteil ist, dass nun auch ein Bus verwendet werden kann, der für eine Kommunikation mit geringerer Bandbreite geeignet ist. Auch die EMC-Emissionen können aufgrund einer geringeren Kommunikationsrate reduziert werden.
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Ein Beispiel für eine Nachricht, wobei die Informationen (über Farbe, Intensität und andere Parameter) für einen bestimmten Slave-Knoten oder für alle Slave-Knoten enthalten sind, ist in Tabelle 1 gezeigt. Als Beleuchtungsquelle wird eine LED-Leuchte angenommen. Die Nachricht in Tabelle 1 hat das Format einer LIN Nachricht. Falls ein anderer Typ von Kommunikationsbus verwendet wird, kann ein für diesen Kommunikationsbus angepasstes Format verwendet werden, wobei im Wesentlichen ähnliche Abschnitte der Information (z. B. über Farbe und Intensität und über die mögliche Verwendung von Nachschlagetabellen), falls nicht identisch, an die Netzwerkknoten übertragen werden. Tabelle 1
| LIN MSG | Bit 7 | Bit 6 | Bit 5 | Bit 4 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
| Byte 7 | SigColourB |
| Byte 6 | SigColourG |
| Byte 5 | SigColourR |
| Byte 4 | SigEnable Fading | SigIntensity |
| Byte 3 | SigUpdateColour | SigFadingTime |
| Byte 2 | SigEnable LED | LUT Intensität | SigUs e_NAD | LUT Farbe | SigGroup3 |
| Byte 1 | SigGroup2 |
| Byte 0 | SigNAD_Group1 |
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Die in Tabelle 1 gezeigte Nachricht enthält 8 Bytes mit jeweils 8 Bits. Der Status {on|off} der LED-Leuchte kann direkt über das Flag „SigEnable_LED“ in Byte2 gesetzt werden. Der Wert der beiden Ein-Bit-Signale „LUT Intensität“ und „LUT Farbe“ in Byte2 zeigt an, ob die Intensitäts- (im Feld SigIntensity) und Farbinformationen (in den Feldern SigColourR, SigColourG und SigColourB) in Indizes der Nachschlagetabelle übertragen werden oder explizit in der Nachricht enthalten sind, z. B. als ein Intensitätswert (in Tabelle 1 von 7 Bit Länge) in einem bestimmten Bereich, zum Beispiel zwischen 0 % und 100 % und als 8-Bit RGB-Werte (rot, grün, blau). Falls das Fading für Farbe und Intensität über das Flag „SigEnableFading“ aktiviert ist, kann die Fadingzeit mit „SigFadingTime“ angepasst werden. Das LIN Signal SigUpdateColor in Byte3 besteht aus zwei Bits (daher kann es vier verschiedene Zustände bezeichnen) und wird verwendet, um dem LIN Slave-Knoten mitzuteilen, was mit den LED-bezogenen Informationen geschehen soll:
- 1.-°LED-Informationen aus dieser LIN Nachricht werden direkt an die LED übertragen
- 2.-°LED-Information aus dieser LIN Nachricht wird nur gespeichert
- 3.-°Gespeicherte LED-Informationen werden an die LED übertragen
- 4.-°Nachricht wird verworfen
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Die verschiedenen zu verwendenden Beleuchtungsszenarien können in Nachschlagetabellen dargestellt werden, die die Beleuchtungsinformationsparameter enthalten, die zur Steuerung der verbundenen Beleuchtungsquellen an einem Slave-Knoten in den verschiedenen Szenarien erforderlich sind. Ein Beispiel für Farb- und Intensitäts-Nachschlagetabellen ist in Tabelle 2 illustriert. Für jeden Indexwert können die entsprechenden RGB-Werte und Intensitätswerte leicht abgelesen werden. Falls monochromatische Beleuchtungsquellen verwendet werden, wird natürlich nur eine Lichtintensitäts-Nachschlagetabelle benötigt. Tabelle 2
| Lichtfarben-Nachschlagetabelle | | Lichtintensitäts-Nachschlagetabelle |
| Idx | R (rot) | G (grün) | B (blau) | Idx | I (Intensität) |
| 0 | xr | xg | xb | | 0 | xi |
| 1 | yr | yg | yb | 1 | yi |
| ... | ... | ... | ... | ... | ... |
| n | zr | zg | zb | n | zi |
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7 illustriert eine von einem Gateway-Knoten gesteuerte Sequenz gemäß einer möglichen Ausführungsform. Die Gateway-Knoten in 7 umfassen jeweils den Beleuchtungsplan (‚Theme‘). Der Master-Knoten umfasst einen Überblick über den Beleuchtungsplan („Overview“), da er die Kommunikation initiieren muss. Der Master-Knoten sendet eine Nachricht an den Knoten „Gateway1“. Beim Empfang dieser Nachricht erkennt ‚Gateway1‘, dass er das Ziel der Nachricht ist, und ordnet die Anforderung, ein bestimmtes Beleuchtungsszenario zu verwenden, der lokal gespeicherten Beleuchtungsplan-Tabelle zu und sendet alle Nachrichten völlig autonom an den Subbus, wie in 7 gezeigt. Mit anderen Worten, im Vergleich zu dem in 5 gezeigten, zuvor beschriebenen Verfahren des Standes der Technik, wobei der Master-Knoten alle Slave-Knoten einzeln aktualisiert, so dass ein bestimmtes Lichtszenario angezeigt wird, läuft das in 7 gezeigte Verfahren viel schneller, da die verschiedenen Gateway-Knoten parallel arbeiten können, um ihre jeweiligen Slave-Knoten mit Beleuchtungsinformationen bereitzustellen.
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Der Master-Knoten initiiert die Sequenz, indem er eine Nachricht sendet, die die entsprechende Gateway-Knoten-Adresse und das angeforderte Szenario enthält. Falls alle Gateway-Knoten mit der gleichen Nachricht adressiert werden sollen, kann eine sogenannte Broadcast-Adresse verwendet werden. Die Nachricht enthält außerdem die Adresse eines bestimmten Slave-Knotens oder, falls eine Broadcast-Adresse verwendet wird, die Adresse aller Slave-Knoten, die über das angeforderte Szenario informiert werden sollen.
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Um den (die) Beleuchtungsparameter (z. B. Farbe und/oder Intensität) zur richtigen Beleuchtungsquelle zu bringen, wird ein zweistufiges Adressierungsverfahren verwendet. Wie bereits erwähnt, kann die Nachricht, z. B. die LIN Framenachricht, in einigen Ausführungsformen selbst eine Broadcast-Nachricht sein. Die entsprechende(n) Gateway-Netzwerkknotenadresse(n) (z. B. LIN NAD im Falle eines LIN Busses) kann im „SigGroup3“-Adressfeld encodiert werden, das z. B. 4 Bits lang ist. Es kann entweder auf 0 gesetzt werden, was bedeutet, dass alle Gateway-Knoten auf einmal adressiert werden, oder es kann auf eine eindeutige Knotenadresse zwischen 1 und 15 gesetzt werden. Im Falle eines 4-Bit-Feldes, wie in diesem Beispiel, ist 15 die maximal erlaubte Anzahl von Knoten basierend auf der LIN Spezifikation für den Subbus 20, falls das Netzwerk ein LIN Netzwerk ist. Die Nachricht kann in einem ersten Schritt von allen Gateway-Knoten parallel dekodiert werden. Nur die adressierten Gateway-Knoten können dann die Nachrichten an ihre verbundenen Subbusse (21, 22, 23, a, b, c, ...Y) weiterleiten. In einem zweiten Schritt wird weiter decodiert. Die beiden Adressfelder „SigNAD_Group1“ und „SigGroup2“ sind in diesem Beispiel zusammen 16 Bit lang. Jedes Bit entspricht einer bestimmten LED, die an oder aus ist. Das erste Bit ist der LED des Gateway-Knotens zugeordnet, vorausgesetzt, dass er auch eine Beleuchtungsfunktion besitzt. Die anderen Bits gehören zu den LEDs, die über den mit dem Gateway-Knoten verbundenen Subbus gesteuert werden. Er erlaubt bis zu 15 zusätzliche LEDs (also 15 weitere Slave-Knoten, falls ein Knoten nur eine LED ansteuert und der Gateway-Knoten ebenfalls eine LED trägt) am Subbus, die adressiert werden können. Dies entspricht der maximal erlaubten Anzahl von LIN Knoten pro LIN Subbus.
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In dem in 7 skizzierten Beispiel erkennt der Knoten ‚Gateway1‘ aus der Nachricht LIN MSG2 seine Adresse und ein ausgewähltes Lichtszenario, zum Beispiel Nummer 1, aus der Tabelle der Beleuchtungsszenarien. ‚Gateway1‘ kopiert den Datenpuffer aus seinem lokal gespeicherten Beleuchtungsplan in die lokale LIN Subbus-Zeitplantabelle, d. h. den Scheduler ‚S-TAB‘. Dies ist nur, was bereits in 6 gezeigt wurde. Szenario 1 wird dann auf dem LIN Subbus „a“ als LIN Nachricht ‚Theme la‘ in 7 an den oder die Slave-Knoten übertragen, die dieses Szenario anwenden müssen. Die Nachricht umfasst unter anderem die Farb- und Intensitätsinformationen, die dem ausgewählten Szenario entsprechen, wie sie z. B. in der NachschlageTabelle der Tabelle 2 zu finden sind.
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Man betrachte wieder ein Schema mit drei Gateway-Knoten, von denen jeder 10 LIN Slaves hat, die mit seinen LIN Subbus verbunden sind. Der Master-Knoten hat eine LIN Nachricht an die adressierte LIN Gateway-Vorrichtung zu senden, um die Sequenz auf dieser Gateway-Vorrichtung auszulösen. Man beachte, dass im Falle einer Broadcast-Nachricht eine LIN Nachricht ausreicht, um alle Gateway-Vorrichtungen zu adressieren. Anschließend benötigt der adressierte Gateway-Knoten 10 LIN Nachrichten, um alle Slave-Knoten, die mit seinem LIN Subbus verbunden sind, zu aktualisieren. Bei 10 ms pro Nachricht dauert es 110 ms, um einen Subbus zu aktualisieren. Für eine vollständige Aktualisierung des Netzwerks muss der LIN Master die drei Gateway-Knoten einzeln adressieren und aktualisieren. Dann aktualisieren die drei Gateway-Knoten die Slave-Knoten, mit denen sie verbunden sind. Diese 10 Nachrichten auf den Subbussen können von den LIN Gateway-Knoten 12 parallel ausgesendet werden. Es dauert dann bis zu 130 ms (3 LIN Nachrichten vom Master + 10 LIN Nachrichten von Gateway-Knoten mit 10 ms pro LIN Nachricht), um das gesamte Netzwerk zu aktualisieren. Damit ist die Reaktionszeit im Vergleich zu einem Ansatz, bei dem der LIN Master jeden Slave-Knoten einzeln aktualisiert, bereits um fast den Faktor 3 reduziert. Jedoch sind 130 ms immer noch zu hoch im Vergleich zu 50 ms, die ein menschliches Auge nicht als Flackern wahrnehmen würde.
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Die Master-Vorrichtung kann natürlich immer noch Nachrichten aussenden, wenn ein Beleuchtungsszenario auf den Kommunikationssubbussen läuft. Diese Nachrichten können von den Gateway-Knoten zu Synchronisationszwecken verwendet werden. Darüber hinaus können auch die Gateway-Knoten während ein Beleuchtungsszenario läuft, weitere Nachrichten an die Slave-Knoten aussenden.
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Obwohl sowohl die Gateway-Knoten als auch die Slave-Knoten ihre eigenen Oszillatoren und damit ihre eigene Zeitbasis haben, können die Nachrichten verwendet werden, um sich wieder zu synchronisieren, insbesondere falls ein Beleuchtungsszenario über einen längeren Zeitraum läuft. Jeder Slave-Knoten und auch jeder Gateway-Knoten kann sich auf diese Synchronisationsnachrichten neu synchronisieren und sie als eine Art „Netzwerk-Timer“ verwenden.
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Diese Ausführungsformen reichen immer noch nicht aus, um Farb- und Intensitätsinformationen zum Beispiel mit einem LIN Kommunikationsbus bei schnell wechselnden Sequenzen in Beleuchtungsszenarien zu übertragen. Die bereits erwähnte geringe Bandbreite eines LIN Busses ist immer noch ein limitierender Faktor. Er ist einfach zu langsam.
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Daher werden andere bevorzugte Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei anstelle der Übertragung aller Lichtinformationen nur Indizes der Nachschlagetabelle übertragen werden, aus denen alle Knoten sofort ihre Farb- und Intensitätsinformationen über dieselbe Nachricht, z. B. eine LIN Nachricht, erhalten. Die Nachricht überträgt den verschiedenen Slave-Knoten die Information, welchen Index (d. h. welches Szenario) sie aus der Nachschlagetabelle auswählen sollen. Jeder Slave-Knoten enthält eine lokal gespeicherte Version der Nachschlagetabelle.
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In einigen Ausführungsformen führt jeder Knoten ein und dasselbe Beleuchtungsszenario zur gleichen Zeit durch. In einigen Ausführungsformen führt jeder Knoten ein und dasselbe Beleuchtungsszenario durch, jedoch zeitlich, in der Helligkeit oder in der Farbe verschoben. In einigen Ausführungsformen führt jeder Knoten ein anderes Beleuchtungsszenario durch.
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In einer Ausführungsform führen die Gateway-Knoten nur eine Gateway-Funktion durch, um die Informationen vom Master-Knoten an die Slave-Knoten, d. h. die Beleuchtungsknoten 13, zu übertragen. In anderen Ausführungsformen führt der Gateway-Knoten 12, wie bereits erwähnt, sowohl eine Gateway-Funktion als auch eine Beleuchtungsfunktion durch. In diesem Fall behandelt der Gateway-Knoten 12 das Beleuchtungsszenario auf die gleiche Weise wie die Slave-Knoten 13, da er ebenfalls eine eindeutige Netzwerkadresse (NAD) hat, die mit seinem physischen Standort im Netzwerk zusammenhängt. Anders ausgedrückt, der Gateway-Knoten ist einerseits ein Gateway-Knoten, andererseits aber auch ein Slave-Knoten, der in der gleichen Weise eingerichtet ist wie alle anderen Slave-Knoten und auch die gleichen Funktionen durchführt.
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Es wird wiederholt, dass in bevorzugten Ausführungsformen die Kommunikationsbusse LIN Busse sind, aber in anderen Ausführungsformen können andere Arten von Kommunikationsbussen verwendet werden können, CAN, I2C, SPI sind nur einige Beispiele. Es ist bevorzugt, aber nicht unbedingt erforderlich, dass der erste Kommunikationsbus und der eine oder die mehreren zweiten Kommunikationsbusse (d. h. die Subbusse) vom gleichen Typ sind. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Busse zwischen Master und Gateways und zwischen Gateways und Slaves bidirektional.
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Anstelle der Übertragung aller Beleuchtungsinformationen werden also nur Indizes der Nachschlagetabelle übertragen, aus denen die Knoten über dieselbe Nachricht sofort ihre Farb- und Intensitätsinformationen erhalten. Wie bereits erläutert, muss dazu in der in Tabelle 1 dargestellten Beispielnachricht das entsprechende Feld gesetzt werden, um anzuzeigen, dass Farb- und Intensitätsinformationen über Nachschlagetabellen übertragen werden. Auch wenn eine andere Art von Nachricht als eine LIN Nachricht verwendet wird, wird diese Art von Information übertragen. Auf diese Weise erlaubt eine einzige Nachricht, alle Knoten des Netzwerks über die Farbe und Intensität zu informieren, die sie anzuwenden haben. 8 zeigt ein Schema, wobei die Kommunikation von Indizes angewendet werden kann. Wiederum wird ein Beispiel auf der Grundlage von LIN Kommunikationsbussen genommen.
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In dem Beispiel von 8 umfasst der Master-Knoten 11 wiederum eine Übersicht über den Beleuchtungsplan. Der Master-Knoten stellt die Indizes der Nachschlagetabelle (LUT) über LIN MSGLUT1 den Gateway-Knoten bereit. Die Gateway-Knoten decodieren jeweils die Nachricht. Jedoch nur der adressierte LIN Gateway-Knoten ‚Gateway1‘ wiederholt diese Nachricht auf seinem LIN Subbus „a“ in einer Nachricht LIN MSGLUT1a, so dass der richtige Subbus „a“ weiter adressiert wird.
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In einigen Ausführungsformen werden die Slave-Knoten am Subbus „a“ unter Verwendung einer Broadcasting-Adresse adressiert. Die LIN Slave-Knoten auf dem Subbus „a“ empfangen parallel die Nachricht LIN MSGLUT1a und decodieren die LIN Framenachricht. Jeder Slave-Knoten umfasst eine lokale Version der Nachschlagetabelle, wie auch in 8 gezeigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform verwenden alle Netzwerk-Knoten (d. h. Gateway-Knoten und Slave-Knoten) die gleiche Nachschlagetabelle (LUT). In einer solchen bevorzugten Ausführungsform sind auch die Indizes der Nachschlagetabelle (LUT), die vom Master-Knoten 11 in der Nachricht LIN MSGLUT1 und von den Gateway-Knoten 12 in LIN MSGLUT1a übermittelt werden, immer gleich. In Ausführungsformen, in denen nicht alle Knoten dieselbe LUT verwenden, sind die Tabellen pro Slave-Knoten unterschiedlich, aber die Funktionsweise bleibt im Wesentlichen gleich.
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Der Master-Knoten stellt die Informationen aus der Beleuchtungsplan-Tabelle allen Gateway-Knoten zur Verfügung. Dies kann über separate Nachrichten oder, falls alle Gateway-Knoten gleichzeitig adressiert werden, über eine Broadcast-Nachricht geschehen. Die Gateway-Knoten wiederholen die Nachricht an ihren Subbus. Die Informationen umfassen unter anderem die bereits erwähnte Nachschlagetabelle für Farb- und Intensitätsinformationen.
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Die übermittelten Indizes der Nachschlagetabelle (LUT) werden von den Slave-Knoten 13 und möglicherweise von den Gateway-Knoten 12 (falls sie so eingerichtet sind, dass sie auch eine Beleuchtungsfunktion durchführen) weiter verwendet, um ihren Eintrag in die Nachschlagetabelle auf der Grundlage ihrer eindeutigen physikalischen Adresse zu berechnen, die, wie bereits gesagt, repräsentativ für ihren physikalischen Standort im Netzwerk ist. Mit anderen Worten, die eindeutige Netzwerkadresse jedes Beleuchtungsknotens wird für die Auswahl des Beleuchtungsszenarios verwendet. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
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Ein Beispiel für eine Nachricht, die auf der Verwendung einer LUT basiert, wird betrachtet. Wiederum wird das Beispiel eines LIN Netzwerks genommen. Tabelle 1 kann wiederverwendet werden. Die Beleuchtungsquellen werden wieder als LED-Leuchte angenommen. Die Felder „SigColour{R|G|B}“ (in den Bytes 5, 6 und 7) enthalten in diesem Beispiel Indizes der Nachschlagetabelle anstelle von RGB-Werten, da die Felder „LUT Intensität“ und „LUT Farbe“ nun anzeigen, dass für Farbe und Intensität Indexwerte der Nachschlagetabelle verwendet werden sollen.
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Angenommen, der Master-Knoten sendet Indizes der Nachschlagetabelle für z. B. den Knoten „Gateway1“ und den mit ihm verbundenen Subbus 21 gemäß
1 oder den Subbus „a“ gemäß
8. Für die verschiedenen Felder in der Nachricht werden folgende Werte angenommen (siehe Tabelle 1) :
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Der Gateway-Knoten mit der Netzwerkadresse NAD 1 nimmt diese Nachricht entgegen. Es wird weiterhin angenommen, dass dieser Gateway-Knoten auch eine Beleuchtungsfunktion hat und somit z. B. eine einzelne RGB-LED verbunden hat. Wie bereits erwähnt, machen die Signale LUT intensity=1 und LUT colour=1, SigNAD_Group1=0xFF, deutlich, dass die LED des Gateway-Knotens zu den LEDs gehört, die über einen Index der Nachschlagetabelle beleuchtet werden sollen. SigColourB=0, SigColourG=0, SigColourR=0 zeigen an, dass RGB-Indizes 0 der Nachschlagetabelle verwendet werden sollen. SigIntensity=0 zeigt an, dass der Intensitätsindex 0 der Nachschlagetabelle verwendet werden soll.
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Die gleiche Nachricht wird auf dem verbundenen Subbus 21 übertragen, da mehrere LEDs über „SIGNAD_Group1“ und „SigGroup2“ durch den Wert 0×FF für diese Felder ausgewählt sind. In einer Ausführungsform wird der LIN Subbus so adressiert, dass der niedrigste NAD den Wert 1 erhält und der NAD bis maximal 15 aufsteigt. Der Gateway-Knoten, der auch als Slave-Knoten fungieren kann, kann den NAD-Wert 0 erhalten. Diese für den jeweiligen Subbus eindeutigen Adressen wurden, wie bereits beschrieben, während eines Initialisierungszyklus zugewiesen.
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Jeder Knoten berechnet seine Indizes der Nachschlagetabelle zum Beispiel auf folgende Weise: Red_lookup_table_index = SigColourR + NAD - 1 Green_lookup_table_index = SigColourG + NAD - 1 Blue_lookup_table_index = SigColourB + NAD - 1 Intensity_lookup_table_index = SigIntensity + NAD - 1 Zum Beispiel nimmt der Knoten mit NAD 2 auf dem LIN Subbus (21, a) den Index 1 der Nachschlagetabelle für seine RGB-Werte und den Intensitätswert. Unter Verwendung dieser Indexwerte können die RGB- und Intensitätswerte aus der Nachschlagetabelle gelesen werden. Es ist leicht zu erkennen, dass sowohl die Lichtintensität als auch die Farbe, die von den mit einem bestimmten Netzwerkknoten verbundenen LEDs abgestrahlt wird, von der Netzwerkadresse (NAD) dieses Netzwerkknotens abhängt. Wie bereits beschrieben, repräsentiert diese eindeutige Adresse auch den physischen Standort dieses Knotens innerhalb des Netzwerks.
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Falls zum Beispiel eine Broadcast-Adresse verwendet wird, um alle Slave-Knoten auf einmal zu adressieren, und alle mit diesem Bus verbundenen Slave-Knoten das gleiche Szenario anwenden sollen (d. h. die gleichen Farb- und Intensitätswerte), ist es erforderlich, mehr als eine Nachschlagetabelle pro Slave-Knoten zu verwenden, da eine Berechnung wie im vorigen Absatz in diesem Fall nicht funktionieren würde. Es kann dann ein Vorbereitungszyklus erforderlich sein, wobei der Master-Knoten jedem Slave-Knoten mitteilt, welche Nachschlagetabelle er anwenden soll, zum Beispiel mittels eines klassischen LIN Ansatzes.
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Der vorgeschlagene Ansatz mit Indizes erlaubt es, den Aktualisierungszyklus des gesamten Netzwerks wesentlich schneller zu gestalten. Wiederum werden drei Gateway-Knoten angenommen, von denen jeder 10 Slave-Knoten an seinem Kommunikationssubbus hat. Der Master-Knoten muss nur drei Nachrichten (eine Nachricht für jeden Gateway-Knoten, der adressiert werden soll) plus eine Nachricht für die Adressierung der Slave-Knoten des letzten Gateway-Knotens, der seine Adresse erhalten hat, übertragen, um das gesamte LIN Netzwerk zu aktualisieren (d. h. 40 ms, wenn man 10 ms pro Nachricht wie z. B. in einem LIN Netzwerk berücksichtigt). Diese 40 ms sind viel schneller als die Erkennungszeit des menschlichen Auges von 50 ms.
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Da der LIN Master die LED-Informationen für das gesamte Netzwerk bereitstellt, sorgen die Nachrichten automatisch auch für die Synchronisation. Bei langen Fading-Sequenzen kann der Master-Knoten kontinuierlich weitere Nachrichten zu Synchronisationszwecken aussenden. Obwohl sowohl die Gateway-Knoten als auch die Slave-Knoten ihre eigenen Oszillatoren und damit ihre eigene Zeitbasis haben, können diese Nachrichten verwendet werden, um neu zu synchronisieren. Jeder Slave-Knoten und auch jeder Gateway-Knoten kann sich auf der Grundlage dieser Synchronisationsnachrichten neu synchronisieren und sie als eine Art „Netzwerk-Timer“ verwenden.
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Während in den Beispielen zur Erläuterung der Erfindung ein LIN Netzwerk verwendet wurde, kann derselbe Ansatz selbstverständlich auch in jedem anderen Netzwerk angewendet werden. In jedem Fall wird die angezeigte Farbinformation nicht über das Netzwerk selbst transportiert. Die Nachrichten enthalten z. B. Indizes der Nachschlagetabelle. Diese Indizes der Nachschlagetabellen werden von den Knoten des Netzwerks weiter verwendet, um die Beleuchtungsinformationen abzuleiten, die das Beleuchtungsszenario widerspiegeln, das von den verbundenen Beleuchtungsquellen angezeigt werden soll.
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Die Netzwerkknoten können in einigen Ausführungsformen als integrierte Schaltkreise (ICs) implementiert sein. Die ICs können Netzwerkschnittstellen, Speicher, eine zentrale Recheneinheit (CPU) und Steuerelemente für die verbundenen Beleuchtungsquellen enthalten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Der Beleuchtungsplan, der die verschiedenen Szenarien und/oder Nachschlagetabellen umfasst, wird lokal in jedem Netzwerkknoten gespeichert, mit dem eine Beleuchtungsquelle verbunden ist.
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In einigen Ausführungsformen können diese Beleuchtungsszenarien und/oder Nachschlagetabellen während eines ersten Fertigungsschritts bereitgestellt werden, wobei ein interner nichtflüchtiger Speicher jedes Netzwerkknotens programmiert wird. Ein solcher Speicher kann zum Beispiel ein ROM (read only memory) sein, der während eines Fertigungsschritts eines integrierten Schaltkreises (IC) programmiert wird. Alternativ kann es sich auch um einen nichtflüchtigen programmierbaren Speicher handeln, wie z. B. einen einmalig programmierbaren Speicher (OTP) oder einen mehrfach programmierbaren Speicher (EEPROM oder Flash-Speicher). Ein solcher Speicher kann während eines Fertigungsschrittes eines Beleuchtungsmoduls, das mit einem Netzwerk verbunden werden soll, mit Beleuchtungsthemen und/oder Nachschlagetabellen programmiert werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung können die Beleuchtungsszenarien und/oder Nachschlagetabellen auch jederzeit über das Netzwerk programmiert werden, da jedes Netzwerkmitglied eine eindeutige Netzwerkadresse (NAD) hat. Ein solcher Programmierschritt kann jederzeit durchgeführt werden. Eine derartige Implementierung könnte erforderlich sein, da die Anzahl der in einem Speicher eines Netzwerkknotens gespeicherten Szenarien/Nachschlagetabellen, die über Indizes der Nachschlagetabelle adressiert werden können, aufgrund der begrenzten Speichergröße des Netzwerkknotens begrenzt ist.
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Im Master-Knoten könnte eine höhere Anzahl von Szenarien/Nachschlagetabellen gespeichert werden, da z. B. eine Karosseriesteuerung eines Fahrzeugs einen größeren Speicher hat. Dies erlaubt eine kostenoptimierte Lösung zum Implementieren verschiedener Beleuchtungsszenarien/Nachschlagetabellen.
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Es ist sicherlich von Vorteil, falls alle Gateway-Knoten und Slave-Knoten die gleichen Beleuchtungsszenarien und Nachschlagetabellen enthalten. Falls sie eine Aktualisierung benötigen würden, kann die Aktualisierung mittels Broadcasting-Adressen erfolgen, so dass die Netzwerkknoten die bereitgestellten Daten gleichzeitig verwenden und die Beleuchtungsszenarien und/oder Nachschlagetabellen aktualisieren können. Wie bereits bei der Initialisierung der Adressen beschrieben, muss der Aktualisierungsprozess möglicherweise in Zyklen durchgeführt werden. In einem ersten Zyklus müssen die Gateway-Knoten aktualisiert werden. Die Aktualisierung aller Gateway-Knoten wird parallel durchgeführt. In einem zweiten Zyklus aktualisieren alle Gateway-Knoten die Slave-Knoten, mit denen sie verbunden sind. Auch dies kann parallel durchgeführt werden. Der Vorteil ist, dass dies eine kurze Programmierzeit erlaubt. Insbesondere falls Beleuchtungsszenarien/Nachschlagetabellen over the air (OTA) in einem Fahrzeug programmiert werden, was bedeutet, dass die Aktualisierung über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle eines Autos über einen Cloud-Dienst bereitgestellt wird, sind kurze Aktualisierungszeiten von Vorteil.
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Während die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung illustriert und detailliert beschrieben wurde, sind solche Illustrationen und Beschreibungen als illustrativ oder beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten. In der vorstehenden Beschreibung werden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben. Es wird jedoch deutlich, dass die Erfindung unabhängig davon, wie detailliert sie im Text beschrieben ist, auf vielfältige Weise ausgeführt werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
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Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von dem Fachmann bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung aus einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Ein einziger Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, zeigt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium, wie einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, das zusammen mit oder als Teil anderer Hardware geliefert wird, gespeichert/verteilt werden, kann aber auch in anderen Formen, wie über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme, verteilt werden. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung des Umfangs zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3478031 [0007]
- EP 3258652 [0008, 0041]
- US 2013249442 A1 [0012]
- DE 102018104591 B4 [0040, 0047]
