SISTEMA Y METODO DE DISTRIBUCION DE DATOS Y ENERGIA PARA UNA PANTALLA A GRAN ESCALA
Campo de la Invención La presente invención se dirige a una pantalla de diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés) a gran escala, y más particularmente a un sistema y un método de distribución de datos y energía para una pantalla LED a gran escala . Antecedentes de la Invención Se sabe que las pantallas LED están formadas de un número de módulos LED, en donde cada módulo LED se utiliza para un pixel de la pantalla. Cada uno de los módulos LED tiene un número de diferentes LED a color, cuyas intensidades se controlan para generar pixeles de un gran número de diferentes colores. Los ejemplos de estos tipos conocidos de pantallas LED se muestran en Phares 5,420,482 y Yokza y otros 5,410,328. Tanto en Phares 5,420,482 como en Yokza y otros 5,410,328, los módulos LED están conectados en serie en una configuración de secuencia o de cadena tipo margarita, en donde se ingresa una corriente de datos a un módulo LED que extrae un subgrupo de datos para su módulo desde la corriente de datos, y pasa la porción restante de la corriente de datos o la corriente de datos completa al siguiente módulo LED en
Ref . : 211998
serie. Lys y otros 7,253,566 y Mueller y otros 6,016,038 respectivamente describen sistemas de luz o iluminación que incluyen unidades o nodos de iluminación LED conectados en una configuración de cadena tipo margarita bidireccional o una configuración binaria de árbol con dos nodos conectados a la salida de un nodo individual. Aunque estos tipos de configuraciones pueden ser adecuadas para la iluminación o una pantalla de tamaño estándar, por ejemplo el tamaño de una pantalla de computadora o una televisión estándar, no son adecuadas para pantallas a gran escala, tal como rótulos de pantalla de video. Esto es debido a que, si uno o dos módulos en la cadena o el árbol fallan, los módulos no recibirán sus datos, haciendo a la operación inoperable. Sumario de la Invención De conformidad con la presente invención, se superan las desventajas de los sistemas y los métodos previos para distribuir datos y energía a través de una pantalla LED. El sistema y el método de distribución de datos y energía de la presente invención permite que una pantalla LED a gran escala sea extremadamente resistente para que si fallan pocos, o incluso muchos módulos LED individuales de la pantalla, la pantalla no se haga inoperable, sino que sea capaz de presentar una presentación o gráficos de video reconocibles. Además, la corriente de distribución de energía de la presente invención permite que una pantalla LED a gran escala mantenga
un brillo de pixel uniforme a través de la pantalla. De conformidad con una modalidad de la presente invención, la pantalla LED incluye una pluralidad de módulos de pixel conectados en una configuración de malla. Cada uno de los módulos de pixel en un grupo de los módulos de la pantalla incluye un alojamiento de módulo; una pluralidad de LED a color montados en el alojamiento; y un controlador para el módulo que es capaz de recibir una corriente de datos de al menos otros tres módulos de pixel de la pantalla. El controlador extrae de una corriente de datos recibida los datos para controlar los LED de su módulo y el controlador envía una porción de la corriente de datos recibida o la corriente de datos recibida completa al menos a otros tres módulos de pixel de la pantalla. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, una pantalla LED incluye una pluralidad de módulos de pixel conectados en una configuración de malla, en donde cada uno de los módulos de pixel en un grupo de módulos de la pantalla incluye: un alojamiento de módulo; una pluralidad de LED a color montados en el alojamiento; al menos cuatro puertos de datos bidireccionales para permitir que el módulo de pixel se comunique al menos con otros cuatro módulos de pixel; y un controlador del módulo. El controlador extrae de una corriente de datos, recibida a través de uno de los puertos de datos, los datos para controlar los LED de su
módulo y el controlador envía al menos una porción de los datos recibidos desde el módulo a través de otros puertos de datos . De -conformidad con otro aspecto de la presente invención, una pantalla LED incluye una pluralidad de módulos de luz maestros, en donde cada uno de los módulos de luz maestros está acoplado a un grupo asociado de uno o más módulos de luz esclavos y al menos a otro módulo de luz maestros. Cada módulo de luz maestro incluye: un alojamiento de módulo; una pluralidad de LED de colores múltiples, montados en el alojamiento de módulo; un circuito que controla las intensidades de los LED en el alojamiento de módulo; y un controlador. El controlador recibe una corriente de datos y extrae de la corriente de datos recibida los datos de los LED del módulo maestro y los datos para los módulos esclavos asociados con el módulo maestro. El controlador también envía los datos para los LED en el módulo maestro al circuito para controlar los LED y envía los datos para los módulos esclavos asociados a los módulos esclavos respectivos. El controlador además envía una porción de la corriente de datos recibida al menos a otro módulo maestro. Cada uno de los módulos de luz esclavos incluye un alojamiento de módulo; una pluralidad de LED de colores múltiples montados en el alojamiento de módulo; y un circuito en respuesta a los datos recibidos de su módulo maestro asociado para controlar las intensidades de los LED en
el alojamiento de módulo. Incluso en una modalidad adicional de la presente invención, un sistema de pantalla LED incluye una pluralidad de módulos de luz maestros en donde cada módulo de luz maestro esta acoplado a un grupo asociado de uno o más módulos de luz esclavos. Cada módulo de luz maestro incluye un alojamiento de módulo; una pluralidad de LED de colores múltiples montados en el alojamiento de módulo; un circuito que controla las intensidades de los LED en el alojamiento de módulo; un controlador de módulo maestro; y al menos un regulador de voltaje de conmutación. El controlador de módulo maestro recibe una corriente de datos que incluye datos para los LED del módulo maestro y su grupo asociado de módulos esclavos, y envía los datos de módulos esclavos al grupo asociado de módulos esclavos. Al menos un regulador de voltaje de conmutación recibe un voltaje D.C. de entrada y reduce el voltaje de entrada para proporcionar voltajes D. C. regulados en una pluralidad de diferentes niveles de voltaje, en donde el voltaje reducido regulado al menos en uno de los niveles de voltaje está acoplado al grupo de módulos esclavos asociados con el módulo maestro. Cada uno de los módulos esclavos de esta modalidad incluye un alojamiento de módulo; una pluralidad de LED de colores múltiples montados en el alojamiento; un circuito que controla las intensidades de los LED en el alojamiento de módulo; y un regulador de voltaje
lineal. El regulador de voltaje lineal recibe un voltaje en de D.C. regulado del módulo maestro asociado, el regulador de voltaje lineal proporciona energía a uno o más componentes del módulo esclavo. Estas y otras ventajas y aspectos novedosos de la presente invención, así como los detalles de una modalidad ilustrada de la misma, se entenderán más completamente a partir de la siguiente descripción detallada y las figuras. Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es un diagrama de bloque que lustra un sistema de pantalla LED de conformidad con la presente invención; la Figura 2 es una vista frontal parcial de una porción de la pantalla LED ilustrada en la Figura 1; la Figura 3 es un diagrama de bloque de un concentrador de datos del sistema de pantalla LED de la Figura 1; la Figura 4A-4B son un diagrama de bloque de la FPGA del concentrador de datos de la Figura 3; la Figura 5 es un diagrama de bloque de un módulo LED maestro de conformidad con la presente invención; la Figura 6A-6B son un diagrama de bloque de la FPGA del módulo LED maestro de la Figura 5 ; la Figura 7 es un diagrama de bloque de un módulo LED esclavo de conformidad con la presente invención;
la Figura 8 es un diagrama esquemático del circuito de modulación del ancho de pulso (PWM, por sus siglas en inglés) para controlar las intensidades de los LED de los módulos maestros y esclavos; y la Figura 9 es un diagrama de bloque de un concentrador de energía de conformidad con una modalidad de la presente invención. Descripción Detallada de la Invención Una pantalla LED 10 a gran escala de conformidad con la presente invención, para uso interior o exterior, tiene dimensiones de altura por anchura en el orden de 3mx6tn a 24mx32m (o aproximadamente 10 piesx30 pies a 80 piesxl05 pies. Aunque, se debe apreciar, que la presente invención puede utilizarse para pantallas que también son más grandes o más pequeñas. La pantalla de aproximadamente 24mx32m tiene 480 pixelesx640 pixeles o un total de 307,200 pixeles. Debido a que tal pantalla 10 es muy grande, solamente se ilustra una porción de la pantalla en la Figura 1. Además, debido a su tamaño, se desea una pantalla resistente. El sistema y el método de distribución de datos y energía de la presente invención, como se describe en detalle, proporcionan tal pantalla resistente, en donde la falla de un componente individual no hará a la pantalla o incluso una fila o columna de la pantalla inoperable. Cada pixel de la pantalla 10 se genera mediante un
módulo 12, 14 que tiene dos LED rojos, dos LED azules, 18 y dos LED verdes 20 montados en un alojamiento 22, como se muestra en la Figura 2. El sistema de circuitos, descrito a continuación, dentro del alojamiento de módulo 22 controla las intensidades de los LED rojos, verdes y azules con el fin de generar pixeles de un gran número de diferentes colores, como se conoce bien en la técnica. Aunque cada uno de los módulos 12, 14 se ilustra en la Figura 2 teniendo pares de LED rojos, verdes y azules, el número de LED rojos, verdes y azules puede variar dependiendo de la densidad de flujo de los LED individuales y/o el espacio entre los módulos individuales. Los detalles de los aspectos mecánicos y/o estructurales de los módulos 12, 14 y la estructura de soporte para la pantalla 10, se describen en la solicitud de patente en resolución en serie No. , titulada "Large Scale LED Display" presentada concurrentemente con ésta e incorporada aquí por referencia . Estos son dos tipos de módulos de pixeles empleados en la pantalla 10, los módulos LED maestros 12 y los módulos LED esclavos 14. Cada módulo maestro está asociado con un grupo de módulos esclavos en un segmento 24 de la pantalla. De conformidad con una modalidad preferida de la presente invención, cada segmento 24 tiene un módulo maestro y quince módulos esclavos para generar 16 pixeles de la pantalla. Debe ser evidente, sin embargo, que el número de módulos esclavos
puede variar de cero a cualquier número dependiendo de qué aspectos de la invención se utilizan. En una modalidad preferida, los segmentos 24 de la pantalla 10 son lineales, extendiéndose en una columna de la pantalla 10. Sin embargo, los segmentos pueden extenderse alternativamente en las filas de la pantalla. Además, los segmentos no necesitan ser lineales, sino que pueden formarse de un bloque de módulos que incluyen al menos un módulo LED maestro. Para una pantalla de 480x640 que tiene segmentos lineales de dieciséis pixeles, existen treinta segmentos 24 en cada columna en la pantalla. Los segmentos 24 preferiblemente están alineados para que cada módulo maestro esté en una fila de los módulos maestros. Como tal, para una pantalla de 480x640, existen treinta filas de módulos maestros con 640 módulos maestros en cada una de estas filas y quince filas de módulos esclavos entre cada una de las filas de los módulos maestros. Cada módulo LED maestro 12 está conectado a los módulos LED maestros adyacentes en su fila, para permitir la comunicación directa entre ellos. Cada módulo maestro también está conectado a los módulos maestros de los segmentos adyacentes en su columna para permitir la comunicación directa entre ellos. Como tal, un módulo maestro es capaz de comunicarse directamente hasta con otros cuatro módulos maestros, así como con cada uno de los quince módulos esclavos en el segmento de módulo maestro.
La pantalla 10 está dispuesta en un número de paneles 26, 27 para una implementación más fácil. De conformidad con una modalidad preferida de la presente invención, cada panel tiene dieciséis columnas de módulos LED, en donde un panel de altura completa tiene 480 filas de módulos LED, aunque, cada uno de los paneles de pantalla puede tener cualquier altura y anchura deseada. Una pantalla de 480x640 que tiene paneles de pantalla con dieciséis columnas, empleará cuarenta paneles de pantalla. En cada panel de pantalla 26 puede recibir datos redundantes para controlar todos los pixeles del panel 26 desde dos concentradores de datos, un concentrador de datos primario 28 y un concentrador de datos redundante 29. Cada uno de los concentradores de datos puede proporcionar los datos para todos los pixeles de dos paneles de pantalla adyacentes 26 y 27, al proporcionar dos corrientes de datos, una corriente de datos para el panel 26 y la otra corriente de datos para el panel 27. Además, cada concentrador de datos es capaz de proporcionar datos redundantes a cada panel de pantalla en dos cables de datos. Como tal, el concentrador de datos 28 proporciona todos los datos para los pixeles del panel de pantalla 26 en un cable de datos 30 y puede proporcionar datos redundantes para el panel 26 en un cable de datos 31. El panel de pantalla 26 puede recibir los mismos datos para todos los pixeles del panel desde el concentrador de datos 26 en el cable de datos 32 o el
cable de datos 33. Como tal, el panel de pantalla 26 es capaz de recibir datos en cualquiera de los cuatro cables de datos 30, 31, 32 y 33 desde los dos concentradores de datos 28 y 29. El concentrador de datos 28 también proporciona todos los datos para los pixeles del panel de pantalla 27 en un cable de datos 34 y puede proporcionar datos redundantes para el panel 27 en un cable de datos 35. El panel de pantalla 27 recibe los mismos datos del concentrador de datos 29 en el cable de datos 36 o el cable de datos 37. Como tal, el panel de pantalla 27 es capaz de recibir datos redundantes en cualquiera de los cuatro cables de datos 34, 35, 36 y 37. Las corrientes de datos redundantes recibidas mediante un panel de pantalla 26 en los cuatro cables de datos 30-33 se ingresan a los cuatro módulos LED maestros respectivos. Sin embargo, en una modalidad preferida, solamente una de las cuatro entradas redundantes está activa para transportar los datos de pixel, a la vez. Un concentrador de datos primario solamente permite la conexión redundante si la conexión existente falla. Además, el concentrador de datos redundante solamente envía los datos a un panel si detecta que el concentrador de datos primario ya no maneja el panel. Cada uno de los módulos maestros que recibe una corriente de datos extrae los datos dedicados al módulo maestro y los módulos esclavos asociados en su segmento. Cada uno de los módulos maestros que reciben una corriente de datos entonces saca la
corriente de datos a los módulos maestros adyacentes en su fila y a los módulos maestros en los segmentos adyacentes como se discute en detalle a continuación. Cada módulo maestro puede remover los datos para su segmento de una corriente de datos recibida y enviar solamente la porción restante de la corriente de datos a los otros módulos maestros. Sin embargo, en una modalidad preferida, cada módulo maestro no remueve sus datos de la corriente de datos, sino que actúa como un repetidor que pasa la corriente de datos recibida completa directamente hasta tres otros módulos maestros después de extraer una copia de los datos para su segmento desde la corriente de datos. La corriente de datos para un panel de pantalla 26, de esa forma se distribuye a través del panel 26 mediante cada uno de los módulos maestros 12. Debido a que un módulo maestro 12 puede recibir una corriente de datos de hasta cuatro u otros módulos maestros 12, la falla de uno o dos módulos maestros no hará a la pantalla o incluso una columna completa o fila de la pantalla inoperable como en los sistemas de la técnica previa. La falla de un módulo maestro afectará solamente dieciséis de los 307,200 pixeles de una pantalla 10 de 480x640 pixeles. La falla de un módulo esclavo 14 no afectará ningún otro de los módulos de la pantalla 10. El sistema para controlar la pantalla 10, como se muestra en la Figura 1, incluye un controlador principal 40. El controlador principal 40 incluye una unidad de
procesamiento central (CPU, por sus siglas en inglés) 42 y una memoria asociada para controlar y monitorear el resto del sistema de pantalla. El controlador principal 40 también incluye un procesador de video 44. El procesador de video 44 puede recibir video no comprimido o comprimido en cualquier formato tal como MPEG4 o H.264, etc. El procesador de video 44 ajusta el video al tamaño de la pantalla 10 y proporciona video digital no comprimido en un formato de escaneo de trama convencional un concentrador de comunicación 46. El concentrador de comunicación 46 incluye una memoria tal como una SRAM, y un micro-controlador . Los datos de video de escaneo de trama se almacenan en la memoria de concentrador de comunicación 46. Los datos de video de la memoria de concentrador de comunicación se leen desde la memoria y se dirigen a los concentradores de datos 28 y 29, columna por columna, en un orden invertido para que el pixel más abajo de la primera columna se transfiera a los concentradores de datos primero. En una modalidad, cada paquete de los datos enviado mediante el concentrador de comunicación 46 a los concentradores de datos 28 y 29 incluyen encabezado de columna que identifica el número de columna de los datos en el paquete, seguido por un encabezado de segmento que incluye el número de segmento asociado con los datos. El encabezado de segmento puede incluir una palabra de control que identifica una solicitud de estado y un conteo de pixel que identifica el
número de pixeles en un segmento. El conteo de pixel incluye el número de bytes de datos de pixel para seguir cada uno de los módulos en un segmento. Los datos de pixel de segmento siguen el encabezado de segmento, en donde se envían tres bytes de datos para cada pixeles para controlar las intensidades de los respectivos LED rojos, verdes y azules del pixel. En una modalidad alterna, el concentrador de comunicación o los concentradores de datos pueden enviar diferentes tipos de paquetes al panel de pantalla, en donde el paquete incluye un identificador de tipo de paquete. El tipo de paquetes diferente que puede enviarse incluye un mensaje de enumeración de módulo maestro; datos de pantalla y/o mensajes de control; solicitudes de estado de módulo maestro; y solicitudes de estado de módulo de esclavo. Los paquetes que incluyen datos de pixel incluyen una dirección de módulo maestro formada del número de columna y el número de segmento del módulo maestro, y al menos una dirección de módulo esclavo seguida por los datos LED para el módulo esclavo. Se nota que cada módulo maestro incluye un circuito de micro-controlador de módulo esclavo para controlar los LED del módulo maestro. El micro-controlador de módulo esclavo en el módulo maestro tiene una dirección de módulo esclavo. Como tal, el módulo maestro tiene tanto una dirección de módulo maestro como una dirección de esclavo asociada para su micro-controlador LED. El paquete de datos de pantalla también incluye un comando que
además identifica los siguientes datos como siendo los datos de pantalla para un módulo maestro o esclavo individual o datos de pantalla para un segmento de los módulos. Esta estructura de paquete alternativa permite una mayor flexibilidad para que puedan enviarse diferentes tipos de paquete con varios comandos a un panel de pantalla. El concentrador de comunicación 46 envía corrientes de datos redundantes que contienen los datos para la pantalla completa 10 en un par de enlaces GbE 48 y 49 que están conectados a los respectivos concentradores de datos 28 y 29. Cada concentrador de datos es en respuesta a una corriente dato recibida para extraer las columnas de datos para los dos paneles que controla el concentrador de datos, el concentrador de datos que pasa la porción restante o la corriente de datos completa, como recibida para otro concentrador de datos. La corriente de datos de esa forma se distribuye desde el concentrador de datos hacia el concentrador de datos para todos los concentradores de datos en el sistema de pantalla. Específicamente, el concentrador de datos 28 recibe una corriente de datos que contiene los datos para la pantalla completa 10 en el enlace GbE 48. El concentrador de datos 28 extrae los datos para las columnas 1-16 para el panel de pantalla 26 y los datos para las columnas 17-32 para el panel de pantalla 27, y entonces pasa la corriente de datos completa en un enlace GbE 50 a un concentrador de datos 51. El
concentrador de datos 51 a su vez extrae los datos para el siguiente par de paneles de pantalla en la secuencia, los paneles de pantalla 52 y 53 y entonces pasa la corriente de datos completa al concentrador de datos 56. Similarmente , el concentrador de datos 29 recibe la corriente de datos que contiene los datos para la pantalla completa 10 en el enlace GbE 49. El concentrador de datos 29 extrae los datos para las columnas 1-16 para el panel de pantalla 26 y los datos para las columnas 17-32 para el panel de pantalla 27 y entonces pasa la corriente datos completa en el enlace GbE 54 al concentrador de datos 55. El concentrador de datos 55 extrae los datos para los paneles de pantalla 52 y 53 y pasa la corriente de datos completa al concentrador de datos 58. La distribución de la corriente de datos continúa a los paneles de concentradores de datos hasta que todos los concentradores de datos que controlan el panel de pantalla 10 han recibido sus datos para un marco de video. La distribución de datos entonces continúa para todos los marcos de una presentación de video . La estructura de cada concentrador de datos se ilustra en la Figura 3. Cada concentrador de datos incluye una interfaz GbE doble 60 que está conectada al concentrador de comunicación 46 o un concentrador de datos ascendente, así como un concentrador de datos descendente como se describe anteriormente. Se almacena una corriente de datos recibida
mediante una FPGA de concentrador de datos 62 en una SRAM 64. La FPGA de concentrador de datos 62 almacena datos en, y lee datos desde la SRAM 64 de conformidad con el software/firmware almacenado en una memoria flash 68. El concentrador de datos incluye cuatro puertos de datos 70-73 para los cables LVDS que conectan el concentrador de datos a un par de paneles de pantalla. Por ejemplo, para el concentrador de datos 28, los puertos 70 y 71 se conectarán a los cables LVDS 30 y 31 para dos módulos LED maestros del panel 26 y los puertos de datos 72 y 73 se conectarán a los cables LVDS 34 y 35 para dos módulos LED maestros del panel de pantalla 27. Cada concentrador de datos, además de transferir datos de video a su par asociado de paneles de pantalla, también realiza diagnósticos para sus paneles de pantalla. Se suministra energía al concentrador de datos desde un concentrador de datos asociado como se ilustra en la Figura 9. El concentrador de datos monitoreará el estado de su concentrador de energía asociado y comunicará el estado de su concentrador de energía asociado a sus paneles de pantalla asociados hacia el concentrador de comunicación 46 del controlador principal 40. La FPGA de concentrador de datos 62, como se muestra en detalle en las Figuras 4A y 4B, incluye un controlador de memoria compartida con acceso directo a la memoria (DMA, por sus siglas en inglés) para transferir datos de video y mensajes, para los paneles de pantalla y el
controlador principal 40, hacia adentro y hacia afuera de la SRAM 64. La estructura de cada uno de los módulos LED maestros 12 se ilustra en las Figuras 5 y 6A-6B. Cada módulo maestro incluye un micro-controlador 80 y circuitos de transmisión asociados mostrados en la Figura 8 para controlar las intensidades de los LED rojos 82, LED verdes 84 y LED azules 86 del módulo maestro. El micro-controlador 80 del módulo maestro 12 controla los LED de la misma forma que como se describe en detalle a continuación para los módulos esclavos 14 y el micro-controlador 80 tiene una dirección de módulo esclavo asociada como se nota anteriormente. Además, para realizar las funciones de control LED descritas a continuación con referencia a la Figura 8, el micro-controlador 80 del módulo maestro 12 programa el controlador 90 de FPGA de módulo maestro de conformidad con la información de configuración almacenada en una memoria flash 88. Cada módulo LED maestro 12 incluye cuatro puertos bidireccionales , un puerto norte 91, un puerto este 92, un puerto sur 93 un puerto oeste 94 que están acoplados al controlador 90 de FPGA del módulo. El controlador 90 del módulo maestro se comunica con cada uno de sus módulos esclavos asociados a través de un conductor común en serie I2C 92 que está conectado al puerto norte 91. El controlador 90 se comunica con hasta otros cuatro módulos LED maestros 12 a través de los respectivos cables
LVDS conectados a los puertos 91, 92, 93 y 94. Se recibe la energía para el módulo LED maestro 12 desde los cables de energía acoplados al módulo 12 desde un concentrador de energía como se muestra en la Figura 9 a través de un concentrador de datos. La energía recibida mediante un módulo LED maestro no está regulada y está en el rango de D.C. de 15-36 Voltios. Un regulador de voltaje de conmutación 96 en el módulo 12 desciende el voltaje de entrada a 9V regulados. El voltaje de riel de 9V está distribuido a los módulos LED esclavos en el segmento del módulo maestro a través del puerto norte 91. Un bloque 98 dentro del módulo maestro 12 incluye otro regulador de voltaje de conmutación que reduce los 9V a 3.3V. Un par de reguladores de voltaje lineal también dentro del bloque 98, reducen 3.3V a 2.5V y 1.2V para el controlador 90 de FPGA del módulo LED maestro. El controlador 90 de FPGA como se muestra en las Figuras 6A-6B incluyen un multiplexor de paquete descendente 100. El multiplexor de paquete descendente 100 está acoplado a los respectivos puertos de datos 91-96 a través de receptores en serie asincrónicos de filtros de entrada y descodificadores de datos 100-104 y filtros de entrada 105-108. Los receptores y los descodificadores 100-104 reciben y recuperan una corriente de datos en un puerto respectivo. Cada filtro de entrada 105-108 identifica una corriente de entrada como una corriente de concentrador, es decir, datos que se originan
desde un concentrador de datos para la distribución descendente o como una corriente MLM, es decir, datos que se originan desde un módulo maestro tal como una respuesta o un paquete de réplica para enviar de regreso un concentrador de datos. El filtro de entrada 105-108 dirige los paquetes solamente si la corriente de datos es válida. El multiplexor de paquete descendente 100 selecciona uno de los cuatro puertos de entrada como el puerto ascendente y dirige los paquetes que se originan desde un concentrador de datos desde el puerto ascendente seleccionado. Si el paquete que se origina del concentrador de datos es un paquete de enumeración, el paquete se dirige a una máquina de estado de enumeración de módulo maestro, por ejemplo, controlador/procesador 112. Una máquina de estado de enumeración de módulo maestro 112 se realiza un procedimiento de enumeración para determinar la ubicación del módulo LED maestros dentro de un panel de pantalla 26 y, de esa forma, una dirección para el módulo LED maestro para que cada pixel de la pantalla pueda dirigirse individualmente para entregar datos al mismo. El procedimiento de enumeración realizado mediante la máquina de estado 112 es como a continuación. En el encendido de la pantalla 10, los registros de dirección de módulo LED maestro que mantienen el número de segmento y el número de columna del módulo maestro en una máquina de estado de enumeración 112 son
cero. El primer mensaje de enumeración de módulo LED maestro recibido se genera mediante el concentrador de datos y simplemente contiene el segmento de enumeración y el número de columna de concentrador. El mensaje de enumeración del concentrador de datos se envía solamente a un módulo LED maestro. Si el módulo maestro no responde al concentrador de datos, el mensaje de enumeración se enviará a otro módulo LED maestro que está directamente conectado a un concentrador de datos. Cuando un módulo LED maestro recibe un mensaje de enumeración, determina su propia ubicación, es decir, dirección, en la pantalla como a continuación. Si se recibe el mensaje en el puerto sur 93 del módulo maestro, la máquina de estado de enumeración 112 establece el número de segmento del módulo maestro igual al número de segmento en el mensaje recibido incrementado por uno y establece el número de columna de módulo igual al número de columna en el mensaje recibido. Si se recibe el mensaje de enumeración a través del puerto oeste 94 del módulo 12, la máquina de estado de enumeración 112 establece el número de segmento de módulo igual al número de segmento en el mensaje recibido y establece el número de columna de módulo maestro al número de columna en el mensaje recibido incrementado por uno. Si se recibe el mensaje de enumeración a través del puerto norte 91 del módulo, la máquina de estado de enumeración 112 establece el número de segmento de módulo igual al número de segmento en el mensaje
recibido disminuido por uno y establece el número de columna al número de columna en el mensaje recibido. Finalmente, si el mensaje de enumeración se recibe a través del puerto este 92, la máquina de estado de enumeración 112 establece el número de segmento del módulo igual al número de segmento en el mensaje recibido y establece el número de columna al número de columna en el mensaje recibido como disminuido por uno. El número de segmento y el número de columna determinados para el módulo maestro se almacenan en el registro de dirección del módulo. La máquina de estado de enumeración 112 sobrescribe el número de segmento y el número de columna en el mensaje de enumeración recibido con el número de segmento y el número de columna determinados para su módulo. La máquina de estados de enumeración 112 entonces dirige este mensaje de enumeración revisado hacia afuera a tres otros módulos maestros en tres de los puertos bidireccionales 91-94, es decir, en todos los puertos direccionales 91-94 diferentes a un puerto 91-94 en el cual se recibió primero el mensaje de enumeración. Como se notó anteriormente, se selecciona un puerto de entrada 91-94 en cualquier momento como la fuente de datos de pantalla y los mensajes de un concentrador de datos, este puerto de entrada seleccionado se designa como el puerto ascendente. El multiplexor de paquete descendente 100 selecciona como el puerto ascendente, el puerto cuyo filtro de entrada asociado primero declara o identifica una corriente de
concentrador válida, es decir una corriente que se origina de un concentrador de datos. Los tres puertos restantes 91-94 se designan como los puertos descendentes. El puerto ascendente se utiliza en el multiplexor de paquete descendente 100 para determinar que corriente de concentrador dirigir, y se utiliza en un multiplexor de paquete ascendente 109 para determinar que puertos monitorear para los paquetes ascendentes. El multiplexor de paquete ascendente 106 dirige las corrientes MLM de regreso hacia el concentrador de datos. Una corriente de concentrador que se recibe a través del puerto ascendente seleccionado se dirige y se saca desde el módulo LED maestro a través de los tres puertos descendentes hacía los tres otros módulos LED maestros si la selección de puerto ascendente es válida y la corriente es una corriente de concentrador válida. En la dirección inversa, los mensajes de réplica MLM que se reciben en cualquiera de los tres puertos descendentes se sacan del módulo 102 en el puerto ascendente seleccionado si la selección de puerto ascendente es válida y la corriente es una corriente MLM válida. Dos condiciones activarán el multiplexor de paquete descendente 105 para seleccionar un puerto ascendente diferente: la pérdida de sincronización del descodificador de datos asociada con el puerto ascendente inicial o el tipo de corriente que se recibe en el puerto ascendente actual cambia a una corriente MLM válida. Cuando ocurre cualquiera de estas
condiciones, el multiplexor de paquete descendente 100 espera 1 ms y realiza el procedimiento de selección de puerto ascendente como se describe anteriormente. Un procesador de paquete maestro 113 procesa los paquetes de concentrador de datos que se dirigen al módulo maestro o que tienen campos de encabezado de segmento y de columna que son todos cero, es decir, un mensaje de difusión tal como se utiliza en el procedimiento de enumeración. Después de que se completa el procedimiento de enumeración para la pantalla 10, para que cada uno de los módulos LED maestros haya determinado su ubicación, es decir el número de segmento y el número de código en la pantalla, y haya seleccionado un puerto ascendente, un procesador de paquete maestro 113 de los módulos LED maestros pueden extraer los datos de video para su segmento desde una corriente de datos. El procesador de paquete maestro 113 de un módulo LED maestro extrae datos de video para su segmento al detectar la dirección del módulo maestro en un paquete de datos recibido y procesa a aquellos paquetes de datos dirigidos al módulo maestro. Los datos de pixel extraídos se escriben mediante el procesador de paquete 113 a un FIFO de mensaje 108. Al final del mensaje, se escribe un byte de comando a un FIFO de comando 115. El FIFO de comando 115 también soporta información que indica si un mensaje recibido terminó con un final normal de indicación de paquete o no, y un conteo de
byte de mensaje que indica el número de bytes en el FIFO de mensaje 114 para el mensaje recibido. Un controlador I2C 116 lee y procesa mensajes del FIFO de mensaje 114 en respuesta a los comandos en el FIFO de comando 115. El controlador envía mensajes válidos en el conductor común I2C 92 para que el mensaje se difunda al micro-controlador del módulo maestro 80 y a cada uno de los módulos esclavos del segmento. Además, el controlador 116 envía datos de respuesta de módulo LED esclavo o mensajes de réplica de estado al procesador ascendente 117. El procesador ascendente 117 del controlador FPGA 90 mantiene la información de estado de módulo LED maestro incluyendo el estado de todos los cuatro receptores 101-106. El procesador ascendente 116 guarda en la memoria caché la información de estado de módulo esclavo recibida en el conductor común I2C 92 en una RAM interna. El procesador ascendente 117 genera los mensajes de réplica de estado de módulo maestro y módulos esclavo en respuesta a estroboscopios del procesador de paquete 113. El procesador 117 también dirige los mensajes de réplica de estado recibidos desde otros módulos maestros a través de los puertos descendentes y el multiplexor de paquete ascendente 109 para que el estado de cada uno de los módulos del panel de pantalla se transmita eventualmente de regreso al concentrador de datos para el panel de pantalla. Los mensajes de estado están acoplados a un codificador de transmisor ascendente 118 desde el procesador
ascendente 117 a través de un FIFO ascendente 119, en donde el codificador de transmisor ascendente 118 está acoplado al transmisor 121-124 del puerto ascendente seleccionado 91-94. Similarmente , la máquina de estado 112 acopla una corriente de concentrador recibida a través del puerto ascendente del módulo maestro a los tres transmisores descendentes designados 121-124 asociados con los tres puertos descendentes 91-94 a través de un FIFO descendente 125 y un codificador de transmisor descendente 126. Se debe apreciar que los módulos LED maestros 12 están conectados en una configuración de malla, en donde cada uno de los módulos maestros 12, excepto aquellos a lo largo de un borde de un panel de pantalla 26, están conectados a los otros cuatro módulos LED maestros 12. Cada uno de los módulos maestros 12 en este grupo es capaz de recibir datos desde cualquiera de los otros cuatro módulos LED maestros a los cuales está conectado. Sin embargo, cada uno de los módulos maestros 12 responde a una corriente de datos desde un módulo maestro que está conectado a su puerto ascendente. Como se describe anteriormente, un módulo maestro dado responderá a la corriente de datos desde un módulo maestro conectado a su puerto ascendente para extraer datos del mismo y enviar la corriente de datos recibida hacia afuera a los otros tres módulos LED maestros que están conectados a uno respectivo de sus tres puertos descendentes. Si un primer módulo maestro
falla y ese módulo maestro está conectado al puerto ascendente de un módulo maestro dado, el puerto ascendente del módulo maestro dado se cambia por su multiplexor de paquete descendente 100 a un puerto diferente para que el módulo LED maestro dado pueda recibir una corriente de datos de uno de los otros tres módulos LED maestros a los cuales está conectado. Debido a que cada módulo LED maestro puede recibir datos de hasta otros cuatro módulos maestros, el esquema de distribución de datos de la presente invención es extremadamente resistente. La Figura 7 ilustra la estructura de los módulos LED esclavos 14. Cada uno de los módulos LED esclavos 14 incluye un regulador de voltaje lineal 131 que es en respuesta a los 9V del módulo LED maestro asociado para reducir el voltaje de riel a 3.3V. Cada módulo esclavo 14 también incluye un micro-controlador 130 que genera una señal de control PWM roja, una señal de control PWM verde y una señal de control PWM azul que están acopladas a los circuitos de transmisión y percepción respectivos 132, 133 y 134. El circuito de transmisión y de percepción 132 está acoplado al par de LED rojos 136 del módulo esclavos 14 para controlar la intensidad de los LED rojos. El circuito 113 está acoplado a un par de LED verdes 138 del módulo esclavo 14 y el circuito 134 está acoplado a un par de LED azules 140 del módulo esclavo 14 para controlar las intensidades de los LED verdes y azules respectivos. Cada uno
de los circuitos de transmisión y de percepción 132, 133 y 134 se ilustra en detalle en la Figura 8. Como se muestran allí, el micro-controlador 130 saca una señal de control PWM para dirigir la puerta de un MOSFET 142 a través de una resistencia de limitación en serie 144. Cuando el micro-controlador 130 dirige la puerta del MOSFET 142 hacia arriba, el MOSFET 142 se enciende, permitiendo que la corriente fluya a través de los LED 136. Una vez que el voltaje en la resistencia de fuente se eleva lo suficientemente alto para influenciar un transistor 146, el transistor 148 conectado la puerta del MOSFET 142 se enciende, evitando que el voltaje de la resistencia de fuente aumente más. Los valores de las resistencias 150 y 152 son los mismos. Además, la frecuencia de la señal de control PWM preferiblemente está en el orden de 10kHz. Se nota que el micro-controlador 80 de los módulos LED maestros controla los LED del módulo maestro a través del mismo circuito de transmisión y percepción ilustrado en la Figura 8. Los micro-controladores 80 y 130 de los módulos maestros y esclavos tienen entradas análogas para recibir una señal de percepción roja, una señal de percepción verde y una señal de percepción azul. Los micro-controladores monitorean estas señales de percepción para determinar si los LED respectivos están encendidos o apagados. Esta información se incluye en información de estado para cada uno de los módulos
LED esclavos y maestros 14 y 12. Cada uno de los micro-controladores 80 y 130 también incluye un sensor de temperatura incorporado que percibe la temperatura del módulo maestro o el módulo esclavo completo. Un micro-controlador puede apagar los LED de un módulo si la temperatura percibida para el módulo excede un límite predeterminado. La Figura 9 es un diagrama de bloque de un concentrador de energía de conformidad con la presente invención. Para una pantalla 10 que tiene una altura de 480 pixeles, se proporciona un concentrador de energía para cada panel de pantalla que tiene 16 columnas de pixeles para un panel de la mitad de la altura completa, es decir, una altura de 240 pixeles, se proporciona un concentrador de energía para suministrar la energía para dos paneles de pantalla adyacentes cada uno, teniendo dieciséis columnas de pixeles. Para un panel que tiene una altura de un panel de altura completa, es decir una altura de 120 pixeles, un concentrador de energía puede suministrar la energía a cuatro paneles de pantalla adyacentes, cada uno teniendo dieciséis columnas. Cada uno de los concentradores de energía 160 convierte A.C. trifásico a un voltaje de D.C. rectificado y filtrado de aproximadamente 30V. No se proporciona una energía regulada mediante el concentrador de energía 160. La regulación de voltaje para la pantalla 10 se proporciona mediante los reguladores de voltaje de conmutación en los módulos LED maestros de la pantalla y
los reguladores lineales en los módulos LED esclavos. Cada concentrador de energía incluye un transformador 162 que preferiblemente tiene bobinados de fase conmutada y pestañas de selección de voltaje de entrada. El transformador 162 recibe la entrada de A.C. trifásica a través de un interruptor trifásico 164 y un relé principal 166. Para una operación de inicio suave, el transformador 162 también está acoplado al interruptor trifásico 164 a través de la resistencia de inicio suave 164 y un relé de inicio suave 169. La salida del transformador se acopla a un par de los rectificadores de puente trifásico 170 y 171. Las salidas de los rectificadores 170 y 171 están acopladas a un par respectivo de inductores de filtro sujetados 172 y 173, cuyas salidas están acopladas a los condensadores de salida amortiguada 174. Los condensadores 174 están acoplados a cuatro conectores de salida de D.C. 176 a través de 64 interruptores de circuito de D.C. 178. Los cuatro conectores de salida de D.C. 176 proporcionan dieciséis unidades de transmisión de D.C. para cada una de las dieciséis columnas de un panel de pantalla de altura completa, de 480 pixeles. El concentrador de energía 160 también incluye un transformador auxiliar 180 que está acoplado a una fase de la entrada A.C. a través de un interruptor monofásico 182. Un panel de supervisión y de control 184 monitorea todos los sensores concentrador de energía así como el voltaje del
transformador auxiliar 180. Inicialmente , el relé principal 166 y el relé de arranque blando 169 están abiertos. Si el panel de supervisión y de control 184 detecta cualquier señal incorrecta a través del voltaje de transformador auxiliar 180, se aborta el arranque. Si las señales están correctas, el control 184 inicialmente cierra el relé de arranque blando 169, lo relés para los ventiladores 136 y lo relés para calentadores de banda 188. Los controles 184 también permiten que se apliquen 24V a la lógica externa en este momento. En esta etapa, los condensadores 174 pueden recargarse lentamente. Si el voltaje se eleva demasiado rápido o no logra el voltaje de salida correcto, el control 184 abre el relé de arranque blando 169 y se aborta el arranque. Si se logre el voltaje correcto, el relé principal 166 se cierra y se abre el relé de arranque blando 169. En este punto, puede encenderse la pantalla 10. Se nota que los calentadores de banda 188 se emplean para expulsar la humedad para prevenir que las trayectorias conductoras no deseadas lleven a riesgos de cortocircuitos o descargas eléctricas. Estos controladores se controlan por el panel de supervisión y de control 184 para que los calentadores 188 estén solamente cuando sea necesario. Los ventiladores 188 proporcionan enfriamiento para el concentrador de energía 160. En una modalidad preferida, los ventiladores tienen sensores de velocidad a los cuales
responde el panel de supervisión y de control 184 para proporcionar una advertencia de falla de ventilador inminente. Se proporcionan los termostatos 190 para disipadores y magnéticos del concentrador de energía 160. El panel de supervisión y de control 184 incluye un sensor de temperatura para proporcionar una indicación previa de sobrecalentamiento. Si la temperatura del concentrador de energía 160 excede un nivel predeterminado, el panel de supervisión y de control 184 apagará el relé principal 166 para detener el sobrecalentamiento. El panel de supervisión y de control 184 también monitorea continuamente el voltaje de salida de D.C. del concentrador de energía 160. Si el control 184 detecta voltajes de salida que son demasiado altos, el control 184 abrirá el relé principal 166. Son posibles muchas modificaciones y variaciones de la presente invención en vista de las enseñanzas anteriores. De esa forma, se debe entender que, dentro del alcance de las reivindicaciones anexas, la invención puede practicarse de otra forma a la descrita aquí anteriormente. Lo que se reclama y desea asegurar mediante el
Registro de Patente es: Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.