IT201900003477A1 - INTEGRATED AND PROGRAMMABLE LIGHTING SYSTEM FOR ELECTRIFIED SURFACES - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Titolo Title
SISTEMA DI ILLUMINAZIONE INTEGRATO E PROGRAMMABILE PER SUPERFICI ELETTRIFICATE INTEGRATED AND PROGRAMMABLE LIGHTING SYSTEM FOR ELECTRIFIED SURFACES
Campo tecnico Technical field
La presente invenzione appartiene al settore dei dispositivi di illuminazione, in particolare al settore delle lampade che vengono usate per realizzare giochi di luce, ad esempio nelle giostre per parchi di divertimenti. The present invention belongs to the sector of lighting devices, in particular to the sector of lamps which are used to create plays of light, for example in amusement park rides.
Più in dettaglio il presente trovato è un sistema integrato, privo di cablaggio di potenza, per realizzare giochi di luce su superfici elettrificate in bassa tensione, come ad esempio i pavimenti degli autoscontri. More in detail, the present invention is an integrated system, without power wiring, for creating plays of light on low-voltage electrified surfaces, such as the floors of bumper cars.
Stato della tecnica State of the art
Nei parchi divertimenti è sentita l’esigenza di realizzare giochi di luce per vivacizzare le varie installazioni e giochi, così arricchendo le sensazioni percepite degli utilizzatori. In amusement parks, the need is felt to create plays of light to liven up the various installations and games, thus enriching the perceived sensations of users.
Poiché spesso i parchi di divertimento ed i luna park svolgono la propria attività in modo itinerante è anche sentita l’esigenza di poter montare e smontare l’installazione, sia essa una giostra, un autoscontro o altro, in tempi molto rapidi e con ridotto impiego di personale. Since amusement parks and amusement parks often carry out their activities in an itinerant way, the need is also felt to be able to assemble and disassemble the installation, be it a carousel, a bumper car or other, very quickly and with reduced use. of staff.
Negli autoscontro, inoltre, per fornire alimentazione elettrica alle vetture, è largamente diffuso l’impiego di pavimenti elettrificati usando una tensione sufficientemente bassa da risultare inoffensiva per le persone. In addition, in bumper cars, the use of electrified floors using a sufficiently low voltage to be harmless to people is widespread to provide electrical power to the cars.
Il principio di funzionamento dei pavimenti elettrificati prevede che essi siano suddivisi in aree di materiale conduttivo che costituiscono il polo positivo del sistema di alimentazione e in aree che invece costituiscono il polo negativo; sotto alle vetture autoscontro sono presenti dei contatti striscianti che entrando in contatto con queste lamiere provvedono a portare l’alimentazione alla vettura, per questo motivo le singole aree sono piuttosto ristrette, in modo che in qualunque posizione ciascuna vettura abbia sempre due contatti striscianti rispettivamente in contatto con due lamiere alimentate con tensione di segno opposto. Nella pratica costruttiva le aree conduttive sono realizzate con lastre metalliche e l’isolamento fra aree di polarità opposta viene ottenuto con delle strisce elettricamente isolanti, quasi sempre in materiale polimerico, quale ad esempio policarbonato o simili. The operating principle of electrified floors provides that they are divided into areas of conductive material which constitute the positive pole of the power supply system and in areas which instead constitute the negative pole; under the bumper cars there are sliding contacts which, coming into contact with these plates, provide power to the car, for this reason the individual areas are rather restricted, so that in any position each car always has two sliding contacts respectively in contact with two sheets powered with opposite voltage. In construction practice, the conductive areas are made with metal plates and the insulation between areas of opposite polarity is obtained with electrically insulating strips, almost always made of polymeric material, such as polycarbonate or the like.
Disponendo sul pavimento di strisce di plastica si è sviluppato l’uso di impiegare della plastica almeno parzialmente trasparente, al di sotto della quale spesso viene disposta una pluralità di corpi illuminanti; le lampade di questi corpi illuminati sono comandate in modo da formare dei giochi di luce, quali ad esempio cambi colore, arcobaleni, inseguimenti, lampeggi; pertanto l’accensione, lo spegnimento, l’intensità e la colorazione dell’emissione luminosa di ciascun corpo illuminante devono essere sincronizzati con quelli degli altri corpi illuminanti. By placing strips of plastic on the floor, the use has developed of using at least partially transparent plastic, under which a plurality of lighting fixtures are often placed; the lamps of these illuminated bodies are controlled in such a way as to form plays of light, such as color changes, rainbows, chases, flashes; therefore the switching on, switching off, intensity and color of the light emission of each lighting body must be synchronized with those of the other lighting bodies.
Questi effetti luminosi sono molto gradevoli ed apprezzati dal pubblico, tuttavia per realizzarli è necessario cablare una grande quantità di corpi illuminanti, fornendo a ciascuno di essi sia la tensione di alimentazione che il segnale di comando. These lighting effects are very pleasant and appreciated by the public, however to achieve them it is necessary to wire a large quantity of lighting bodies, supplying each of them with both the power supply voltage and the control signal.
Per ridurre i cablaggi sono state messe a punto varie soluzioni, tese a ridurre o eliminare la necessità di installare cavi di segnale; ad esempio US2017280521 (A1) descrive un modulo di comando, per controllare un sistema d’illuminazione a LED, che è in grado di manipolare una pluralità di caratteristiche della potenza trasmessa sulla linea di alimentazione, ad esempio la frequenza e l’ampiezza del segnale di alimentazione. Il modulo di comando può ricevere istruzioni, anche wireless, mediante un’interfaccia esterna e regolare conseguentemente il funzionamento del sistema d’illuminazione. To reduce wiring, various solutions have been developed, aimed at reducing or eliminating the need to install signal cables; for example US2017280521 (A1) describes a command module, for controlling a LED lighting system, which is capable of manipulating a plurality of characteristics of the power transmitted on the power supply line, for example the frequency and amplitude of the signal power supply. The control module can receive instructions, including wireless, through an external interface and consequently adjust the operation of the lighting system.
La domanda di brevetto statunitense US2017257935 (A1) tratta di un sistema d’illuminazione intelligente comprendente una pluralità di elementi illuminanti (LED) posti all’interno di un involucro almeno parzialmente trasparente, un processore o un micro controller, una memoria, un temporizzatore, un ricevitore atto a ricevere comandi wireless da un controller DMX e una batteria. US patent application US2017257935 (A1) deals with an intelligent lighting system comprising a plurality of lighting elements (LEDs) placed inside an at least partially transparent casing, a processor or a micro controller, a memory, a timer, a receiver capable of receiving wireless commands from a DMX controller and a battery.
La domanda di brevetto statunitense US2013278169 (A1) tratta di un modulo d’illuminazione portatile comprendente una batteria ricaricabile, un processore, un modulo di memoria, almeno un gruppo luce composto da almeno un LED, un ricetrasmettitore wireless DMX. Il processore controlla l’emissione luminosa dei gruppi luce e nella memoria viene immagazzinato un set predeterminato di comandi di controllo degli uno o più gruppi luce; il processore esegue detti comandi di controllo ed emette un segnale diretto a detti uno o più gruppi luce. US patent application US2013278169 (A1) deals with a portable lighting module comprising a rechargeable battery, a processor, a memory module, at least one light group consisting of at least one LED, a wireless DMX transceiver. The processor controls the light emission of the light groups and a predetermined set of control commands for one or more light groups is stored in the memory; the processor executes said control commands and emits a signal directed to said one or more light units.
Nel settore degli autoscontri la presenza di un pavimento metallico elettrificato rende difficili da utilizzare le trasmissioni radio e, per di più, se l’alimentazione dei corpi illuminanti fosse fornita da delle batterie sarebbe necessario provvedere frequentemente alla sostituzione di quest’ultime. In the bumper cars sector, the presence of an electrified metal floor makes radio transmissions difficult to use and, moreover, if the power supply of the lighting bodies were supplied by batteries, it would be necessary to replace them frequently.
Inoltre l’assenza di cablaggio rende difficile sincronizzare il funzionamento dei diversi corpi illuminanti; normalmente ciascuno di essi comprende un microcontrollore con un circuito clock che a sua volta scandisce il tempo, tuttavia, trattandosi di dispositivi che lavorano autonomamente gli uni dagli altri è necessario provvedere di tanto in tanto alla loro sincronizzazione. Furthermore, the absence of wiring makes it difficult to synchronize the operation of the different lighting bodies; normally each of them comprises a microcontroller with a clock circuit which in turn marks the time, however, since these are devices that work independently from each other, it is necessary to provide for their synchronization from time to time.
Le problematiche sopradescritte e altre note all’esperto del settore sono state risolte con il sistema d’illuminazione integrato di seguito descritto e rivendicato. The problems described above and other known to the expert in the field have been solved with the integrated lighting system described and claimed below.
Scopi e sommario dell’invenzione Aims and summary of the invention
Scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di illuminazione per superfici elettrificate che consenta di effettuare giochi di luce sincronizzati fra i diversi corpi illuminanti, senza che questi siano connessi da cablaggi di potenza. The object of the present invention is to provide a lighting system for electrified surfaces which allows synchronized plays of light to be carried out between the different lighting bodies, without these being connected by power cables.
In particolare scopo della presente invenzione è fornire un sistema di illuminazione nel quale i dispostivi di comando e controllo dei diversi corpi illuminanti possano sincronizzarsi fra di loro. In particular, the object of the present invention is to provide a lighting system in which the command and control devices of the different lighting bodies can synchronize with each other.
Ancora uno scopo della presente invenzione è fornire un sistema integrato di illuminazione per le pavimentazioni da autoscontro che sia rapido da installare e al contempo non richieda cablaggi elettrici. Another object of the present invention is to provide an integrated lighting system for bumper cars which is quick to install and at the same time does not require electrical wiring.
Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di illuminazione i cui corpi illuminanti possano essere mantenibili dal lato superiore del pavimento, senza smontare i pannelli che costituiscono la superficie elettrificata. Not least object of the present invention is to provide a lighting system whose lighting bodies can be maintained from the upper side of the floor, without disassembling the panels that make up the electrified surface.
Il sistema integrato oggetto della presente invenzione comprende una superficie elettrificata divisa in una pluralità di porzioni, elettrificate alternativamente con tensioni di segno opposto ed inframmezzate da aree di materiale isolante. The integrated system object of the present invention comprises an electrified surface divided into a plurality of portions, alternately electrified with voltages of opposite sign and interspersed with areas of insulating material.
Al di sotto delle aree parzialmente trasparenti di materiale isolante sono posti dei corpi illuminanti che presentano due poli per l’alimentazione elettrica, il primo polo è conduttivamente connesso ad una rispettiva porzione di superficie elettrificata di segno opposto a quella alla quale è connesso il secondo polo. Below the partially transparent areas of insulating material there are lighting bodies that have two poles for the electrical supply, the first pole is conductively connected to a respective portion of electrified surface of opposite sign to that to which the second pole is connected .
Ciascun gruppo illuminante comprende uno o più LED, preferibilmente sei LED RGB, un microcontrollore, un connettore di programmazione, una memoria EPROM e un alimentatore elettrico. Each lighting group comprises one or more LEDs, preferably six RGB LEDs, a microcontroller, a programming connector, an EPROM memory and an electric power supply.
La sincronizzazione dei controllori avviene tramite l’alimentazione elettrica della superficie elettrificata e può realizzarsi secondo diverse procedure; in caso di alimentazione in corrente continua la procedura più semplice consiste nell’utilizzare i normali cicli di accensione e spegnimento della superficie elettrificata; infatti nel caso di un autoscontro, ad esempio, ogni due o tre minuti viene tolta la tensione di alimentazione al pavimento elettrificato per far fermare i veicoli e consentire lo scambio dei passeggeri, prima di ripartire per il ciclo successivo. In questo caso gli alimentatori di tutti i corpi illuminanti, dopo lo spegnimento, avvertono il ritorno della tensione di alimentazione e provvedono a far partire nello stesso istante il loro circuito di clock, così sincronizzandosi fra di loro. The synchronization of the controllers takes place through the power supply of the electrified surface and can be carried out according to different procedures; in the case of direct current power supply, the simplest procedure is to use the normal on and off cycles of the electrified surface; in fact, in the case of a bumper car, for example, the power supply voltage to the electrified floor is cut off every two or three minutes to stop the vehicles and allow passengers to swap, before leaving for the next cycle. In this case, the power supplies of all the lighting bodies, after switching off, sense the return of the supply voltage and start their clock circuit at the same instant, thus synchronizing with each other.
Questa soluzione dà risultati assai soddisfacenti se i cicli di accensione e spegnimento si succedono con una certa frequenza, mentre in caso di intervalli di tempo molto lunghi è possibile che i circuiti di clock dei vari corpi illuminanti perdano progressivamente la loro sincronizzazione. This solution gives very satisfactory results if the on and off cycles occur with a certain frequency, while in the case of very long time intervals it is possible that the clock circuits of the various lighting bodies progressively lose their synchronization.
Per ovviare a questo inconveniente una seconda forma realizzativa dell’invenzione particolarmente performante prevede che il sistema di alimentazione della superficie elettrificata provveda a delle variazioni di tensione istantanee della corrente di alimentazione; la brevissima durata di questi sbalzi di tensione li rende ininfluenti per il funzionamento dell’installazione, ma è sufficiente per far percepire lo sbalzo di tensione agli alimentatori dei corpi illuminanti, tramite dei rilevatori di tensione DC, così che tutti i corpi illuminanti provvedono a sincronizzarsi contemporaneamente. To obviate this drawback, a second embodiment of the invention which is particularly performing provides that the power supply system of the electrified surface provides instant voltage variations of the power supply current; the very short duration of these voltage surges makes them irrelevant for the operation of the installation, but it is sufficient to make the power supply of the lighting fixtures perceive the voltage surge, through DC voltage detectors, so that all the lighting bodies synchronize at the same time.
Una terza forma realizzativa dell’invenzione è utilizzata nel caso in cui la superficie elettrificata sia alimentata in corrente alternata. In questo caso gli alimentatori dei corpi illuminanti, tramite dei rispettivi rivelatori di frequenza, percepiscono il cambiamento di segno della tensione di alimentazione e provvedono a sincronizzarsi di conseguenza. Preferibilmente, per provvedere al raddrizzamento della corrente alternata i corpi illuminanti comprendono un ponte a diodi. A third embodiment of the invention is used in the case where the electrified surface is powered by alternating current. In this case the power supplies of the lighting bodies, through their respective frequency detectors, perceive the change in the sign of the supply voltage and synchronize accordingly. Preferably, to provide for the rectification of the alternating current, the lighting bodies comprise a diode bridge.
Allo scopo di poter variare in tempo reale la programmazione dei corpi illuminanti è stata messa a punto una quarta forma realizzativa dell’invenzione nella quale ciascun corpo illuminante comprende un’interfaccia di comunicazione seriale, ad esempio comprendente un ricevitoretrasmettitore asincrono universale, tramite la quale ciascun corpo illuminante è elettricamente connesso ad una rete di trasmissione dati. In order to be able to vary the programming of the lighting fixtures in real time, a fourth embodiment of the invention has been developed in which each lighting fixture comprises a serial communication interface, for example comprising a universal asynchronous receiver-transmitter, through which each lighting body is electrically connected to a data transmission network.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Le Fig. 1 mostra una rappresentazione schematica del sistema di illuminazione integrato oggetto del presente brevetto: sono mostrate le aree elettricamente conduttive (1+,1-) alle quali sono inframmezzate le aree elettricamente isolanti (2); attraverso le porzioni trasparenti di queste ultime passa la luce emessa dai corpi illuminanti (3). Fig. 1 shows a schematic representation of the integrated lighting system object of the present patent: the electrically conductive areas (1 +, 1-) are shown to which the electrically insulating areas (2) are interspersed; the light emitted by the lighting bodies passes through the transparent portions of the latter (3).
La Fig. 2 mostra uno schema a blocchi di un corpo illuminante (3) del sistema oggetto della presente domanda di brevetto, realizzato in una versione particolarmente completa. In particolare sono mostrati i poli (3+, 3-), rispettivamente elettricamente connessi con aree elettricamente conduttive (1) della superficie elettrificata alimentate con tensione di segno opposto, il convertitore AC/DC (8) che in caso di alimentazione in corrente alternata, come nella terza forma realizzativa, provvede al raddrizzamento della corrente e poi la inoltra all’alimentatore (7), quest’ultimo alimenta separatamente i LED (4) ed il microcontrollore (5). Nello schema sono anche indicati il rilevatore di tensione DC (11) e il rilevatore di frequenza (9), la presenza contemporanea di entrambi questi dispositivi nel medesimo schema funzionale è giustificata dal fatto che, per ragioni di praticità ed economicità di gestione, i corpi illuminanti (3) possono essere realizzati tutti uguali, in modo da incorporare tutte le diverse forme realizzative; per questo motivo nello schema è anche indicata l’interfaccia di comunicazione seriale (10), che viene usata solo nella quarta forma realizzativa. Fig. 2 shows a block diagram of a lighting body (3) of the system object of the present patent application, made in a particularly complete version. In particular, the poles (3+, 3-) are shown, respectively electrically connected with electrically conductive areas (1) of the electrified surface powered with opposite voltage, the AC / DC converter (8) which in case of AC power supply , as in the third embodiment, it rectifies the current and then forwards it to the power supply (7), the latter separately powers the LEDs (4) and the microcontroller (5). The diagram also indicates the DC voltage detector (11) and the frequency detector (9), the simultaneous presence of both these devices in the same functional diagram is justified by the fact that, for reasons of practicality and economy of management, the bodies illuminants (3) can all be made the same, so as to incorporate all the different embodiments; for this reason, the diagram also indicates the serial communication interface (10), which is used only in the fourth embodiment.
La Fig. 3 mostra un prototipo di un corpo illuminante (3) di forma romboidale realizzato secondo gli insegnamenti del presente testo. Fig. 3 shows a prototype of a rhomboid-shaped lighting body (3) made according to the teachings of this text.
Descrizione dettagliata di una forma di attuazione dell’invenzione Detailed description of an embodiment of the invention
Secondo una preferita forma realizzativa il sistema d’illuminazione per superfici elettrificate oggetto della presente invenzione comprende una area suddivisa in una pluralità di porzioni elettricamente conduttive (1), alternativamente alimentate con tensione positiva (1+) o negativa (1-), fra di loro inframmezzate da una pluralità di aree elettricamente isolanti (2), almeno parzialmente trasparenti, e una pluralità di corpi illuminanti (3) posti al di sotto della superfice elettrificata in corrispondenza di dette aree elettricamente isolanti (2). According to a preferred embodiment, the lighting system for electrified surfaces object of the present invention comprises an area divided into a plurality of electrically conductive portions (1), alternatively supplied with positive (1+) or negative (1-) voltage, between they are interspersed with a plurality of electrically insulating areas (2), at least partially transparent, and a plurality of lighting bodies (3) placed below the electrified surface in correspondence with said electrically insulating areas (2).
Ciascuno di detti corpi illuminanti (3) comprende un primo polo di alimentazione (3+) elettricamente connesso ad almeno una di dette aree (1+) alimentate con tensione positiva; un secondo polo di alimentazione (3-) elettricamente connesso ad almeno una di dette aree (1-) alimentate con tensione negativa; un alimentatore (7) che riceve la tensione da detti primo e secondo polo (3+, 3-) e alimenta sia i LED (4) che un microcontrollore (5), il quale a sua volta si interfaccia con una memoria EPROM (6) e comanda i suddetti uno o più LED (4), questi ultimi sono preferibilmente del tipo RGB; il comando dei LED avviene secondo uno specifico programma, ossia accendendoli, spegnendoli e variandone l’intensità e il colore dell’emissione luminosa in modo da formare giochi di luci insieme agli altri corpi illuminanti. Secondo una forma realizzativa particolarmente comoda e pratica ciascuno di detti corpi illuminanti (3) presenta due forature (12), almeno parzialmente rivestite di materiale conduttivo, le quali definiscono detti poli di alimentazione, così da permettere la connessione diretta alle superfici del pavimento elettricamente conduttive (1), ad esempio con l’ausilio di semplici viti, senza necessità di alcun cablaggio di potenza. Questa soluzione facilita la sostituzione dei corpi illuminanti (3), anche nel caso di pavimenti esistenti di tipo tradizionale. Each of said lighting bodies (3) comprises a first power supply pole (3+) electrically connected to at least one of said areas (1+) supplied with positive voltage; a second power supply pole (3-) electrically connected to at least one of said areas (1-) fed with negative voltage; a power supply (7) which receives the voltage from said first and second poles (3+, 3-) and powers both the LEDs (4) and a microcontroller (5), which in turn interfaces with an EPROM memory (6 ) and controls the aforementioned one or more LEDs (4), the latter being preferably of the RGB type; the control of the LEDs takes place according to a specific program, that is, switching them on, off and varying the intensity and color of the light emission in order to create plays of lights together with the other lighting bodies. According to a particularly convenient and practical embodiment, each of said lighting bodies (3) has two holes (12), at least partially coated with conductive material, which define said power poles, so as to allow direct connection to the electrically conductive surfaces of the floor. (1), for example with the aid of simple screws, without the need for any power wiring. This solution facilitates the replacement of lighting bodies (3), even in the case of existing traditional floors.
Secondo una configurazione particolarmente pratica il microcontrollore comprende un’interfaccia di programmazione, quale ad esempio un connettore. According to a particularly practical configuration, the microcontroller includes a programming interface, such as a connector.
Il funzionamento prevede che il reset del circuito di clock del microcontrollore possa avvenire ad ogni accensione della superficie elettrificata; qualora accensioni e spegnimenti siano abbastanza frequenti, come accade nel caso degli autoscontri, questo è sufficiente per garantire una buona sincronizzazione dei corpi illuminanti (3), diversamente la sincronizzazione dei microcontrollori dei diversi corpi illuminanti può essere ottenuta inserendo uno sbalzo di tensione istantaneo nell’alimentazione della superficie elettrificata, lo sbalzo di tensione non influisce sul funzionamento del gioco, ma viene percepito dall’alimentatore (7) che trasmette l’informazione al microcontrollore (5) il quale provvede a resettare il proprio circuito di clock. Per superfici elettrificate alimentate a tensione alternata è stata sviluppata una versione dei corpi illuminanti che comprende un ponte a diodi, o un altro dispositivo per il raddrizzamento della corrente alternata; in questo caso l’alimentatore (7) percepisce il passaggio per lo zero della tensione e trasmette l’informazione al microcontrollore (5) per il reset. The operation foresees that the reset of the clock circuit of the microcontroller can take place every time the electrified surface is switched on; if the switching on and off are frequent enough, as happens in the case of bumper cars, this is sufficient to ensure a good synchronization of the lighting bodies (3), otherwise the synchronization of the microcontrollers of the different lighting bodies can be obtained by inserting an instant voltage surge in the power supply of the electrified surface, the voltage surge does not affect the functioning of the game, but is perceived by the power supply (7) which transmits the information to the microcontroller (5) which resets its clock circuit. For electrified surfaces powered by alternating voltage, a version of the lighting bodies has been developed which includes a diode bridge, or another device for rectifying the alternating current; in this case the power supply (7) perceives the zero crossing of the voltage and transmits the information to the microcontroller (5) for reset.
È stata anche messa a punto una soluzione realizzativa particolarmente completa, adatta nel caso in cui si desideri poter variare in qualunque momento il programma in base al quale è comandato il funzionamento dei corpi illuminanti (3). In questo caso è necessario che ciascun corpo illuminante (3) sia elettricamente connesso ad una rete di trasmissione dati tramite una interfaccia di comunicazione (10) quale ad esempio un ricevitore-trasmettitore asincrono universale, anche detto UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter). A particularly complete construction solution has also been developed, suitable if it is desired to be able to change the program according to which the operation of the lighting bodies (3) is controlled at any time. In this case, each lighting body (3) must be electrically connected to a data transmission network via a communication interface (10) such as a universal asynchronous receiver-transmitter, also called UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter).
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