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Die Erfindung betrifft ein insbesondere Beleuchtungssystem mit Lichtsegmenten, wobei die Lichtsegmente über eine serielle Datenverbindung miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Lichtsegment.
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In Transportmitteln, wie zum Beispiel Bahnen, Schiffen oder auch Flugzeugen werden Beleuchtungssysteme eingesetzt, um den Innenraum für die Passagiere ausreichend und angenehm zu beleuchten. Bei moderneren Installationen wird auf LEDs, also Leuchtdioden, als Leuchtmitteln in den Beleuchtungssystemen zurückgegriffen, da diese einen niedrigeren Energieverbrauch, eine höhere Lebenserwartung und ein geringeres Gewicht als konventionelle Glühlampen aufweisen. Werden in derartigen Beleuchtungssystemen mehrfarbige LEDs eingesetzt, so lässt sich das Licht des Beleuchtungssystems sogar hinsichtlich dem Farbort und der Helligkeit variieren. Allerdings können derartige Farbeffekte nur umgesetzt werden, wenn die LEDs selektiv angesteuert werden können.
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Eine Architektur zur Ansteuerung von LED-Systemen ist beispielsweise aus der
WO 2009/011898 A2 bekannt, welche wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Das in der Druckschrift beschriebene Lichtsystem umfasst eine Mehrzahl von LED-basierten Einrichtungen und eine Vielzahl von Slave-Knoten zur Kontrolle der LED-basierten Einrichtungen. Ferner umfasst das System einen Master-Knoten, welcher zur Steuerung der Slave-Knoten und damit zur Steuerung des Betriebs der LEDs ausgebildet ist. Zur Steuerung der Slave-Knoten weist das System einen Kommunikationsbus auf, der den Master-Knoten mit den Slave-Knoten seriell verbindet. Wie sich aus der Beschreibung ergibt, werden dem Slave-Knoten Adressen oder IDs zugeordnet, so dass der Master-Knoten die Slave-Knoten selektiv ansprechen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Installation und die Wartung von Beleuchtungssystemen zu verbessern sowie ein daran konstruktiv angepasstes Lichtsegment bzw. Beleuchtungssystem vorzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ansprüche 1 und 5. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, welches ausgebildet ist eine Statusänderung bei Lichtsegmenten des Beleuchtungssystems durchzuführen. Das Beleuchtungssystem ist insbesondere zur Beleuchtung des Innenraums eines Transportmittels für Passagiere geeignet und/oder ausgebildet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Beleuchtungssystem um eine Kabinen- oder Innenraumbeleuchtung eines Flugzeuges, welches insbesondere zur Beleuchtung des Passagierraums ausgebildet ist. Die Lichtsegmente können beispielsweise als sogenannten Sidewall- und/oder Ceiling-Lichtbänder angeordnet sein.
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Die Lichtsegmente umfassen jeweils mindestens eine LED (Leuchtdiode). Alternativ können auch andere Lichtquellen eingesetzt werden. Die Lichtsegmente sind miteinander über eine serielle Datenverbindung datentechnisch verbunden. Bei möglichen Ausführungsformen umfasst das Beleuchtungssystem nur eine serielle Datenverbindung, an der alle Lichtsegmente seriell angekoppelt sind. Bei anderen Ausführungsformen kann das Beleuchtungssystem auch mehrere serielle Datenverbindungen, die zueinander parallel verlaufen, aufweisen, an denen jeweils mindestens zwei, vorzugsweise mindestens Lichtsegmente datentechnisch angekoppelt sind. Im Folgenden wird ein Aufbau von Lichtsegmenten, die über eine gemeinsame serielle Datenverbindung datentechnisch gekoppelt sind, auch als Lichtmodul bezeichnet.
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Das Beleuchtungsystem ist derart ausgebildet, dass bei der Statusänderung der Lichtsegmente die folgenden Schritte durchgeführt werden: Zunächst wird die serielle Datenverbindung in den Lichtsegmenten unterbrochen. Insbesondere wird bei allen Lichtsegmenten, welche über eine gemeinsame Datenverbindung verbunden oder aktuell erreichbar sind, die serielle Datenverbindung unterbrochen. Bei n Lichtsegmenten werden somit n Unterbrechungen in der seriellen Datenverbindung umgesetzt. Besonders bevorzugt wird die Unterbrechung über eine Broadcast-Message umgesetzt, also eine Nachricht, bei der Datenpakete von einem Punkt aus an alle Lichtsegmente der seriellen Datenverbindung übertragen werden.
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In einem nachfolgenden Schritt wird eine Statusänderungsinformation an ein erstes Lichtsegment über die serielle Datenverbindung übertragen. Insbesondere ist das erste Lichtsegment in der seriellen Datenverbindung unmittelbar benachbart zu einer Steuerungseinrichtung angeordnet, die die Statusänderungsinformation ausgibt. Insbesondere ist zwischen der Steuerungseinrichtung und dem ersten Lichtsegment kein anderes Lichtsegment oder kein anderes Lichtsegment mit Statusinformation angeordnet. Die Übersendung der Statusänderungsinformation erfolgt bevorzugt wieder als eine Broadcast-Message, also eine Datennachricht, welche an alle Lichtsegmente gerichtet ist.
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In einem nächsten Schritt wird in dem ersten Lichtsegment die serielle Datenverbindung wieder hergestellt. Durch die Wiederherstellung der seriellen Datenverbindung in dem ersten Lichtsegment ist ein Signalweg zwischen der Steuereinrichtung und dem zweiten Lichtsegment geschaffen, so dass nachfolgend die Übersendung einer Statusänderungsinformation an das zweite Lichtsegment über die serielle Datenverbindung erfolgt. Vorzugsweise werden die genannten Schritte so lange iterativ wiederholt, bis alle Lichtsegmente der seriellen Datenverbindung die Statusänderungsinformation erhalten haben.
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Ein Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die serielle Wiederherstellung der seriellen Datenverbindung die einzelnen Lichtsegmente selektiv mit einer Statusänderungsinformation versorgt werden können, die jedoch als eine Broadcast-Message, also als eine an alle Lichtsegmente gerichtete Nachricht, ausgebildet ist.
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Besonders deutlich treten die Vorteile der Erfindung hervor, wenn als Statusänderung die Adressierung, also die Übergabe einer Adresse oder einer ID oder eines Identifiers nachfolgend zusammenfassend auch als Adresse bezeichnet, an die Lichtsegmente erfolgt. Um im Betrieb eine selektive Ansteuerung der Lichtsegmente zu ermöglichen, muss die Steuereinrichtung die Lichtsegmente selektiv, z. B. über eine Unicast-Message, die selektiv an eine Adresse und somit an ein Lichtsegment gerichtet ist, ansprechen können. Dies erfordert, dass jedem Lichtsegment eine Adresse zugeordnet wird.
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Die Zuordnung der Adresse erfolgte bislang bei der Endmontage in der Fertigung des Lichtsegments oder bei der Montage des Beleuchtungssystems. Bei jeder Reparatur oder Neukonfiguration war dieser Vorgang zu wiederholen. Nachdem die Adressen bislang manuell vergeben wurden, war dieser Vorgang zeit- und damit auch kostenintensiv.
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Es zeigt sich, dass die Zuordnung der Adressen automatisiert werden kann, was einen deutlich geringeren Zeitaufwand und somit verminderte Kosten bedeutet. Zusätzlich können auch mögliche Bedienfehler des Personals eliminiert werden.
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Nach Eingang der Statusänderungsinformation ist es prinzipiell möglich, dass das Lichtsegment seine Adresse von der Steuereinrichtung holt (Polling). Es ist jedoch bevorzugt, dass die Übersendung der Statusänderungsinformation einer Übersendung einer Adressinformation an das jeweilige Lichtsegment entspricht, wobei das Lichtsegment als Reaktion auf den Empfang der Adressinformation die eigene Adresse auf Basis der Adressinformation in dem Lichtsegment setzt. In der einfachsten Ausführungsform wird als Statusänderungsinformation die Adresse übersandt, die das Lichtsegment empfängt und als seine eigene Adresse setzt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das erste Lichtsegment so ausgebildet, dass dieses über die serielle Datenverbindung eine Bestätigungsinformation, insbesondere Quittierungsinformation ausgibt, die anzeigt, dass die Adresse in dem Lichtsegment eingetragen wurde. Optional ergänzend kann das erste Lichtsegment auch weitere Informationen ausgeben, wie zum Beispiel technische Daten oder eine Lichtsegmentidentifizierung hinsichtlich der eigenen technischen Ausstattung.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Lichtsegment, welches eine Statusänderungsinformation erhalten hat und optional ergänzend die Statusänderungsinformation umgesetzt hat, insbesondere eine Adresse erhalten hat und die Adresse gesetzt hat, weitere Statusänderungsinformationen ignoriert und/oder passiv weiterleitet.
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Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der Steuereinrichtung eingestellt werden kann, wie viele Lichtsegmente in der seriellen Datenverbindung angekoppelt sind. Diese Verfahrensalternative bietet sich an, wenn die Anzahl der Lichtsegmente als ein Vorabwissen oder A-Priori-Wissen hinsichtlich der Anzahl der Lichtsegmente vorhanden ist. Dann kann das Verfahren zur Statusänderung beendet werden, sobald die entsprechende Anzahl von Lichtsegmenten die Bestätigungsinformation zurückgesendet hat.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zur Statusänderung beendet wird, sobald nach Übersendung der Statusänderungsinformation, insbesondere der Adressinformation, keine Bestätigungsinformation zurückgegeben wird. in diesem Fall haben alle an die serielle Datenverbindung angekoppelten Lichtsegmente eine derartige Statusänderungsinformation erhalten und insbesondere die Adresse gesetzt, so dass diese keine Bestätigungsinformation zurücksenden. Die fehlende Bestätigungsinformation wird somit als Information gewertet, dass alle Lichtsegmente behandelt wurden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung, betrifft ein Lichtsegment, welches insbesondere als eine Flugzeuginnenraumbeleuchtung ausgebildet ist und welches vorzugsweise zur Durchführung des soeben beschriebenen Verfahrens zur Statusänderung geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Lichtsegment umfasst einige LEDs, Leuchtdioden zur Beleuchtung des Flugzeuginnenraums. Bevorzugt weist das Lichtsegment verschiedenfarbige LEDs, insbesondere rote, grüne, blaue und weiße LEDs auf.
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Das Lichtsegment weist eine Slave-Einheit auf, der eine Statusinformation zugeordnet werden kann. Insbesondere kann der Slave-Einheit eine Adresse zugeordnet werden. Ferner umfasst das Lichtsegment eine Schnittstelle für eine serielle Datenverbindung, insbesondere für die serielle Datenverbindung, wie sie zuvor beschrieben wurde.
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Als erfindungsgemäße Anpassung umfasst das Lichtsegment eine Unterbrechungseinrichtung, wobei die Slave-Einheit ausgebildet ist, z. B. nach Erhalt einer Statusänderungsinformation über die Schnittstelle, die Unterbrechungseinrichtung zu schalten. Damit ist es möglich, dass das Lichtsegment zunächst die serielle Datenverbindung mit der Unterbrechungseinrichtung unterbricht, nachfolgend eine Statusänderungsinformation empfängt und als Statusinformation behält und nachfolgend die serielle Datenverbindung wieder herstellt, so dass Datenpakete oder Nachrichten auf der seriellen Datenverbindung durch die Slave-Einheit durchgeschleift werden können.
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Auch hier ist es bevorzugt, dass die Statusinformation eine Adresse des Lichtsegments repräsentiert. Besonders bevorzugt ist die Slave-Einheit ausgebildet, die LEDs des Lichtsegments so anzusteuern, dass Farbeffekte, zum Beispiel Lichtspiele wie Regenbogen oder Flaggenfarben, erzeugt werden. Als Farbeffekte kommen auch Änderungen des Farborts, der Helligkeit und der Farbtemperatur in Frage.
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In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterbrechungseinrichtung als ein Schaltelement, insbesondere ein MOSFET-Transistor ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der MOSFET-Transistor so gewählt, dass dieser über einen sehr geringen RDSON-Widerstand, bei gleichzeitig niedriger Gate-Charge-Kapazität verfügt, um Datentransfers über mehrere Lichtsegmente nicht wesentlich zu verfälschen.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist das Lichtsegment eine Monitoreinrichtung auf, welche zur Prüfung der seriellen Datenverbindung ausgebildet ist, wobei die Monitoreinrichtung in der seriellen Datenverbindung signaltechnisch hinter der Unterbrechungseinrichtung angeordnet ist. Durch diese Monitoreinrichtung kann die Slave-Einheit selbsttätig überprüfen, in welchem Schaltzustand sich die Unterbrechungseinrichtung befindet. Ist die Unterbrechungseinrichtung geöffnet, so kann die Monitoreinrichtung keine Signale von der seriellen Datenverbindung, wie zum Beispiel ein Signal BUS_Monitor empfangen. Sobald die Unterbrechungseinrichtung geschlossen ist, kann die Funktionsfähigkeit der Unterbrechungseinrichtung über die Monitoreinrichtung kontrolliert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, insbesondere ausgebildet als Flugzeuginnenraumbeleuchtung und vorzugsweise ausgebildet zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens zur Statusänderung, wobei das Beleuchtungsstem durch mehrere derartige Lichtsegmente gekennzeichnet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Mehrzahl der derartigen Lichtsegmente über eine oder die serielle Datenverbindung verbunden, welche weiterhin datentechnisch mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung als eine Mastereinheit ausgebildet ist, die Statusänderungsinformationen über die Datenverbindung senden kann.
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Insbesondere nimmt die serielle Datenverbindung eine Doppelfunktion ein, da diese zum einen bei der Installation bzw. Initialisierung des Beleuchtungssystems die Statusänderungsinformationen, insbesondere die Adressinformationen, übermittelt und zum zweiten im späteren Betrieb die Lichtsegmente über die Adresse selektiv ansprechen kann und Betriebsparameter oder Betriebszustände an die Lichtsegmente übermitteln kann. Bevorzugt ist die serielle Datenverbindung als eine Halb-Duplex-Verbindung realisiert, so dass Datentransfers von der Mastereinheit zu den Lichtsegmenten und in umgekehrter Richtung erfolgen können.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren zur Statusänderung auch als ein Tokening-Verfahren bezeichnet werden, wobei nur diejenige Slave-Einheit den Token erhält, die die Statusänderungsinformation empfangen soll.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung eines Beleuchtungssystem als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein Flussdiagramm zur Visualisierung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Statusänderung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein Beleuchtungssystem 1, wie es zum Beispiel als Kabinenbeleuchtung in Zivilflugzeugen eingesetzt wird. Das Beleuchtungssystem 1 weist beispielsweise SideWall- und Ceiling-Lichtbänder auf.
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Diese Lichtbänder sind aus einer Vielzahl von Lichtmodulen 2 aufgebaut, wobei jedem Lichtmodul 2 mehrere Lichtsegmente 3 zugeordnet sind. Jedes Lichtsegment 3 weist mehrere LEDs auf, welche – je nach Ausstattung – nur einfarbig oder auch mehrfarbig sind. Beispielsweise weisen die Lichtsegmente 3 LEDs mit den Farben rot, grün, blau und weiß auf, so dass sich das abgestrahlte Licht in Farbort und Helligkeit variieren lässt. Die Lichtsegmente 3 weisen beispielsweise jeweils mehr als 10, vorzugsweise mehr als 50, insbesondere mehr als 100 LEDs auf.
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Jedes Lichtsegment 3 umfasst eine Slave-Einheit 4, welche zum einen die Steuerung der LEDs und zum anderen die signaltechnische Kommunikation mit einer Master-Einheit 5 umsetzt. Beispielsweise kann die Slave-Einheit 4 einen Mikrocontroller umfassen.
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Die Verbindung der Slave-Einheiten 4 der Lichtsegmente 3 erfolgt über einen gemeinsamen Datenbus 6, der ausgehend von der Master-Einheit 5 innerhalb eines der Lichtmodule 2 mehrere Lichtsegmente 3 miteinander verbindet. Von der Architektur her betrachtet, kann die Master-Einheit 5 als Bus-Master mehrere Lichtmodule 2 mit mehreren Datenbussen 6 ansteuern. Es ist auch möglich, dass innerhalb eines Lichtmoduls 2 mehrere Datenbusse 6 vorgesehen sind, die dann jeweils mehrere Lichtsegmente 3 datentechnisch anbinden.
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Der Datenbus 6 ist als ein serieller Datenbus ausgebildet, welcher die Lichtsegmente 3 in einer seriellen Weise verbindet. Datentransfers können von der Master-Einheit 5 zu den Slave-Einheiten 4, als auch in umgekehrter Richtung erfolgen (Halbduplex). Zur Ankopplung weist jedes Lichtsegment 3 eine Eingangsschnittstelle 7a und eine Ausgangsschnittstelle 7b auf, wobei zwischen den Lichtsegmenten 3 die Ausgangsschnittstelle 7b über den Datenbus 6 mit der Eingangsschnittstelle 7a des benachbarten Lichtsegments 3 datentechnisch verbunden ist.
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Die Slave-Einheiten 4 weisen signaltechnisch zwischen der Eingangsschnittstelle 7a und der Ausgangsschnittstelle 7b eine Kommunikationseinrichtung 8 (RX/TX) mit einem Receiver Rx und einem Transmitter Tx auf, sowie eine Unterbrechungseinrichtung 9, die signaltechnisch hinter der Kommunikationseinrichtung 8 angeordnet ist. In diesem Beispiel umfasst die Unterbrechungseinrichtung 9 einen MOSFET Transistor 10, welcher ausgebildet ist, den seriellen Datenbus 6 innerhalb des Lichtsegments 2 zu unterbrechen. Zur Ansteuerung des MOSFET Transistors 10 ist eine Transistorschaltung 11 (T2) vorgesehen, die über ein internes Signal Bus_EN aktiviert bzw. deaktiviert werden kann. Somit ist die Slave-Einheit 4 ausgebildet, über die Unterbrechungseinrichtung 9 den seriellen Datenbus 6 zu unterbrechen. Die Slave-Einheit 4 umfasst zudem eine Monitoreinrichtung 12, welche signaltechnisch hinter der Unterbrechungseinrichtung 9 angeordnet ist und die die Verbindung mit der Master-Einheit 5 und somit zugleich den Status der Unterbrechungseinrichtung 9 überprüft.
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Während des Standardbetriebes sind die Unterbrechungseinrichtungen 9 geschlossen, somit gelangen Nachrichten (Broadcast-Message-Format) von der Master-Einheit 5 an alle Lichtsegmente 3 des Datenbusses 6. Um Lichtsegmente 3 ein jeweils spezifisches Kommando (Unicast) zu erteilen, muss jedes Lichtsegment 3 über eine gültige Adresse (ID, Identifier) verfügen. Diese Adresse kann dem Lichtsegment 3 softcodiert zugeordnet werden, wie dies anhand des Flussdiagramms in der 2 erläutert wird: Zur Änderung oder Erstinitialisierung der Adressen in den Lichtsegmenten 3 wird in einem ersten Schritt 100 eine Broadcast-Message an alle Lichtsegmente 3 gesendet. Die Broadcast-Message enthält die Anweisung, mit der Unterbrechungseinrichtung 9 in jedem Lichtsegment 3 den Datenbus 6 zu unterbrechen (Activate-Token).
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Als Reaktion auf die Anweisung öffnen alle Lichtsegmente 3 ihre Unterbrechungseinrichtung 9 (T1 = 0) in einem Schritt 110.
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In einem Schritt 120 setzt die Master-Einheit 5 eine Adresse auf #n = 1 und sendet eine Broadcast-Message mit dem Kommando, die interne Adresse auf #n = 1 zu setzen über den Datenbus 6. Nachdem der Datenbus 6 durch die Unterbrechungseinrichtungen 9 unterbrochen ist, kann nur das erste Lichtsegment 3 (I) des seriellen Datenbusses 6 das Kommando empfangen und belegt seine Adresse (Identifier) mit dem Wert 1. Nachfolgend sendet das Lichtsegment 3 ein Bestätigungssignal an die Master-Einheit 5 (Acknowledge an Master) und schließt in einem Schritt 130 die Unterbrechungseinrichtung 9.
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In einem Schritt 140 erhöht die Master-Einheit 5 nun die Adresse um 1 auf #n = n + 1 und sendet wieder eine Broadcast-Message mit dem Kommando, die Adresse auf #n = n + 1 zu setzen. Nachdem das erste Lichtsegment 3 bereits eine Adresse erhalten hat und die Unterbrechungseinrichtung 9 des ersten Segments 3 (I) geschlossen wurde, kann nun das nachfolgende Lichtsegment 3 (II) die Nachricht empfangen und belegt seine Adresse mit dem von der Master-Einheit 5 vorgegebenen Wert 2.
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Analog zu dem ersten Lichtsegment 3 (I) sendet auch das nachfolgende Lichtsegment 3 (II) das Bestätigungssignal und schließt in einem Schritt 150 seine Unterbrechungseinrichtung 9.
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Die Schritte 130 bis 150 werden so lange wiederholt, bis alle Lichtsegmente 3 eine Adresse erhalten haben. Durch Ausbleiben des Bestätigungssignals ist das Ende einer Kette bzw. des seriellen Datenbusses 6 definiert, da nun alle Lichtsegmente 3 identifiziert und adressiert sind. Dieses ist das Abbruchkriterium für die Master-Einheit 5 in einem Schritt 160. Optional kann zur Verbesserung der Detektionssicherheit der Vorgang noch mehrmals wiederholt werden, ohne jedoch die Adresse #n weiter zu erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungssystem
- 2
- Lichtmodul
- 3
- Lichtsegment
- 4
- Slave-Einheit
- 5
- Master-Einheit
- 6
- Datenbus
- 7a
- Eingangsschnittsteile
- 7b 8
- Ausgangsschnittstelle Kommunikationseinrichtung
- 9
- Unterbrechungseinrichtung
- 10
- MOSFET Transistor
- 11
- Transistorschaltung
- 12
- Monitoreinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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