专利名称：一种led灯控制系统的制作方法
技术领域：
一种LED灯控制系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种控制系统，尤其涉及一种LED灯控制系统。
背景技术：
[0002]LED (light emitting diode)灯具被广泛的应用于各种景观及照明领域中，对于多个LED构成的灯具，目前通常采用DMX (Digital Multiplex，多路数字传输)512协议输出控制信号进行控制，DMX512协议为USITT (美国剧场技术协会)发布的一种灯光控制协议，其已成为国家通用的标准协议，广泛的运用于舞台灯光、建筑楼宇景观照明的灯光控制系统中。[0003]DMX512灯光控制传输协议规定调光器及其被控设备间的数据传输方法,包括电气特性、数据格式、数据传输协议和连接器类型等。DMX512协议的数据传输采用8位异步串行传输方式。DMX512字段被顺序传输,每个字段由I个起始位、8个数据位、及两个停止位构成。第一个字段传送前，还包含复位序列复位信号、复位后标记和起始码。起始码分非零起始码和零起始码，255个非零起始码(十进制I 255)用于扩展和灵活使用，零起始码用于标识后续字段为无类型的串行8比特信息，有效的DMX512数据字段值为十进制O 255之间，其表示为调光器亮度等级数据。由零起始码标识的数据包是在DMX512网络中发送的默认数据包，即复位信号、复位后标记、零起始码和DMX512字段构成DMX512数据包，数据包中η个DMX512字段依次顺序对应第I至η个DMX512通道的调光数据。I个或多个DMX512 数据包通过ΕΙΑ485接口后进入DMX512主数据链路，主数据链路上的信号称之为DMX512控制信号。[0004]现有的DMX512灯具控制系统一般采用总线型或“雏菊链”连接方式，两者原理相似，都是每个单元负载通过一条主DMX512数据链路与主控制器连接。主控制器发送DMX512 控制信号。所有灯具负载必须预设地址，地址匹配后，才能从收到的数据包中提取和处理相关数据。DMX512数据包最多包含512个字段，因此预设地址必须在1_512范围内取值。同时，每个单元负载可包含I个或多个DMX512通道。如多个单元负载构成的灯串，每一单元负载含3个通道以控制RGB三色的LED灯，单元负载的预设地址为1，4，7，…，N,预设地址为I的单元负载接收并提取第1，2，3个DMX512通道的调光数据，预设地址为2的单元负载接收并提取第4，5，6个DMX512通道的调光数据。依次类推，各单元负载获取与其预设地址相匹配的调光控制信号，以实现LED发出所需的灯光效果。[0005]所以，目前的DMX512灯光控制系统都需要对单元负载预设地址。图1为现有技术中LED灯控制系统的原理框图。预设地址一般通过手动或自动方式配置。手动配置一般是通过手动操作一个写地址器逐个给单元负载设置地址；自动配置一般是在控制器和单元负载间建立一个辅助串行通道，由控制器发送地址设置指令。手动配置预设的地址必须与连接位置相对应，连接方式固定，连接过程中预设地址与连接位置易错乱造成误连。自动配置地址需特定的硬件系统才能实现，其通用性不高，且增加了一条DMX数据链路，使 控制系统的连接和结构比较复杂。[0006]可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。发明内容[0007]本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中LED灯控制系统需要对LED 灯具负载预设地址，以致LED灯具连接方式固定且结构复杂的缺陷，提供一种LED灯控制系统，以使LED灯具与控制系统的连接方式灵活且控制系统结构简单。[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种LED灯控制系统，其包括若干个恒压源及若干个中继模块；每个中继模块的输入端与一;〖亘压源连接，其输出端电连接一组LED灯具，若干个中继模块从DMX512控制信号的输出端按串行方式依次连接； 所述中继模块，用于解码及截取DMX512控制信号并根据截取的控制信号驱动与其连接的 LED灯具，且将剩余的DMX512控制信号转发至下一级中继模块。[0009]在上述LED灯控制系统中，每个中继模块包括电平转换电路，用于将DMX512控制信号从差分信号转换为TTL信号、及将剩余的DMX512控制信号转发至下一个中继模块；与电平转换电路相电连接的控制器，用于将TTL信号解码并截取解码后的信号、将截取后剩余的DMX512控制信号转发至所述电平转换电路、及将截取得到的信号进行脉宽调制；连接于控制器及LED灯具之间的开关管，用于根据控制器输出的脉宽调制信号控制LED灯具的通断；与LED灯具连接的恒流驱动电路，用于将恒压源转换为供驱动LED灯具的恒流源 '及直流转换电路，用于将恒压源提供的电压降压以给电平转换电路、控制器、及恒流驱动电路提供直流电源，所述直流转换电路同时与电平转换电路、控制器、及恒流驱动电路相连。[0010]在上述LED灯控制系统中，所述中继模块还包括连接于控制器与开关管之间的反相驱动电路，且反相驱动电路同时与所述直流转换电路电连接。[0011]在上述LED灯控制系统中，所述反相驱动电路包括二极管D1、场效应管Ql、三极管Q2、及电阻Rl ;其中，二极管Dl的正极与场效应管Ql的栅极同时接控制器的输出端，二极管Dl的负极经电阻Rl与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接直流转换电路的输出端，场效应管Ql的源极接地，三极管Q2的集电极与场效应管Ql的漏极相连且同时接开关管的输入端。[0012]在上述LED灯控制系统中，所述场 效应管Ql为NMOS管，且所述三极管Q2为PNP型。[0013]在上述LED灯控制系统中，所述电平转换电路为RS485电平转换器。[0014]在上述LED灯控制系统中，所述开关管为场效应管。[0015]在上述LED灯控制系统中，还包括连接于LED灯具与恒流驱动电路之间的用于反馈LED灯具的工作状态的反馈电路。[0016]在上述LED灯控制系统中，所述反馈电路为采样电阻。[0017]在上述LED灯控制系统中，所述恒流驱动电路包括LM3402HV芯片。[0018]本实用新型提供的LED灯控制系统中，其采用多个中继模块从DMX512控制信号的输出端按串行方式依次连接，且按串行方式连接的中继模块对DMX512控制信号进行截取和转发，所以由恒压源供电的中继模块可以动态的截取和转发DMX512控制信号至需对应的各个LED灯具，其可以动态的调节和转发DMX512控制信号以驱动LED发出需要的灯光效果，从而不需要对各个LED灯具负载单独预设地址，故多个LED灯具不用按固定方式连接， 其连接方式较灵活，且整个控制系统不用再增加辅助通道，其结构简单。
[0019] 图1是现有技术的LED灯控制系统的原理框图；[0020]图2是本实用新型提供的LED灯控制系统的原理框图；[0021]图3是本实用新型提供的一优选实施例中一个中继模块的原理框图；[0022]图4是本实用新型提供的一优选实施例中反相驱动电路的电路图；[0023]图5是本实用新型提供的一优选实施例中恒流驱动电路的电路图；[0024]图6是本实用新型提供的一优选实施例中一组LED灯具的相对工作电流与调光等级线性拟合曲线图；[0025]图7是本实用新型提供的一优选实施例中控制器的工作流程示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0027]本实用新型提供的LED灯控制系统主要用于控制多个LED灯构成的灯具，其采用多个中继模块且按串行连接方式来截取和转发DMX512控制信号，从而实现不用对LED灯具预设地址。[0028]参见图2至图7所示，本实用新型提供的LED灯控制系统包括若干个恒压源I及若干个中继模块2。每个中继模块的输入端与一;〖亘压源I连接，该中继模块2的输出端电连接一 LED灯具。恒压源主要用于将市电或其它常用交流电转换为电压稳定的直流电，进而给整个控制系统中各个部分提供电源。中继模块用于将DMX512控制信号解码，将解码后的DMX512控制信号截取一部分用来驱动与其连接的LED灯具，且该中继模块将剩余的 DMX512控制信号转发至下一级中继模块，即当前中继模块将剩余的DMX512控制信号转发给下一个中继模块，直至DMX512控制信号被截取完或转发至最后一个中继模块。若干个中继模块从输出DMX512控制信号的输出端按串行方式依次连接(DMX控制信号由DMX主控制器产生，DMX主控制器为本领域技术人员所熟知)，即N个中继模块中第一个中继模块连接 DMX512控制信号，且剩下的N-1个中继模块与第一个中继模块依次串联。[0029]每个中继模块及与之相连接的恒压源和LED灯具构成一个单元负载，本实用新型提供的控制系统主要针对由多个LED灯具组成的LED灯串。上述一 LED灯具可以为一个 LED灯也可以为多个LED灯构成的，本实用新型主要针对的是由RGB三个LED等构成一 LED 灯具的情况，即可由控制信号控制RGB三个灯的发光情况，从而使一 LED灯具可整体混出不同颜色的光。[0030]结合RGB三个灯构成一 LED灯具的情况将本实用新型提供的控制系统的工作原理描述如下DMX512控制器信号由复位信号、零起始码、及多通道调光数据组成，其可扩展DMX512数据包长度，发送多于512通道的调光数据，使串联的单元负载数量不受限制。 DMX512控制信号包含N个通道调光数据的数据包，各中继模块解码前级DMX512控制信号并截取前3通道调光数据。截取前3通道调光数据后，数据包内剩(N-3)个通道的调光数据， 且原数据包中第4个通道数据变为当前数据包中第I个通道数据。而且，当前中继模块将 截取后剩余的DM512控制信号转发至下一个中继模块。具体而言，每个单元负载含3个通 道，对上一个设备传送来的DMX512数据包来说，当前单元负载的地址总是默认为1，其所含 的3个通道为数据包的前3个通道。当前中继模块将截取的前3个通道的控制信号进行脉 宽调制，以改变开关管的导通时间，且当前中继模块转发截取后的DMX512控制信号至下一 个单元负载中的中继模块。则当前的中继模块可直接将其截取的DMX512控制信号用来调 节与其连接的LED灯具的发光情况，即DMX512控制信号为动态的，其可动态调节各LED灯 具，从而不用对各个LED灯具预设地址。[0031]参见图3所示实施例，每个中继模块包括电平转换电路，用于将DMX512控制信号 从差分信号转换为TTL信号且将剩余的DMX512控制信号转发至下一个中继模块；控制器 (图3中的MCU)，用于将TTL信号解码并截取解码后的信号、将截取后剩余的DMX512控制信 号转发至电平转换电路、及将截取的信号进行脉宽调制；开关管，用于根据控制器输出的脉 宽调制信号控制LED灯具的通断；恒流驱动电路，用于将恒压源转换为供驱动LED灯具的恒 流源；及直流转换电路(即DC-DC降压电路)，用于将恒压源降压后给电平转换电路及控制 器供电。所以，控制器将截取后的DMX512控制信号进行脉宽调制后即可驱动开关管，进而 控制LED灯具的发光情况。在图3中，MCU输出三路脉宽调制信号分别对应控制RGB三个 通道的LED灯。优选地，中继模块还包括连接于控制器与开关管之间的反相驱动电路，且反 相驱动电路同时与所述直流转换电路电连接。即直流转换电路将恒压源降压后给反相驱动 电路供电，进而反相驱动电路将MCU输出的脉宽调制信号进行反相以更好的驱动开关管。[0032]优选地，所述电平转换电路为RS485电平转换器，其能更快速有效的进行电平转 换，且上述开关管优选为场效应管(即MOS管)，以便能更快速的响应其前级的驱动信号。每 个LED灯具与恒流驱动电路之间还设有用于反馈LED灯具工作状态的反馈电路，例如将LED 灯具的工作电流、电压及温度反馈给恒流驱动电路，进而使恒流驱动电路适应性的调整输 出不同的恒定电流。优选地，反馈电路为采样电阻，恒流驱动电路根据采样电阻采集的LED 灯具的电压可调整其输出的恒定电流的精度。更优选地，恒流驱动电路包括LM3402HV芯片 及其配合的外围电路(参见图5)，其可快速准确的提供恒流源以提供LED所需的驱动电源。 值得说明的是，当恒流驱动电路驱动的灯具负载为RGB三个不同的灯时，可将LM3402HV芯 片外围元器件做局部改进以输出不同的恒流源，进而驱动不同的LED灯。[0033]图3中60VDC为恒压源输出的电压。在该实施例中，所述开关管具体为MOS管。每 个中继模块包含DC-DC降压电路、RS485电平转换器、MCU、3路反相驱动电路、3个MOS管和 3路独立高效的大功率LED恒流驱动电路。在该实施例中，RGB三色LED灯需要三路不同的 恒流驱动电路来驱动(此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述)。DC-DC降压电路将恒 压源输出电压转化为合适电平，一路作反相驱动电路电源，一路给RS485电平转换器和MCU 供电。RS485电平转换器将DMX数据链路上的DMX512控制信号由差分信号转换为TTL信 号，并连接至MCU的通用异步串行输入口。MCU的工作过程结合图6大致描述如下MCU串 口接收到DMX512控制信号后进入串口中断，其进入串口中断处理程序。首先判定是否输入 DMX512复位信号，即判断其是否为DMX512控制信号；若否，则跳至DMX-0UT，若是，则判断是 否为DMX512的零起始码，即判断其是否为调光信号，若否则转发零起始码并跳至DMX-0UT，若判断是零起始码，则判断是否为标准格式的调光数据，若否则直接转发串口输入数据，若是则截取前3个调光数据，MCU根据前3个调光数据分别改变3个PWM 口的占空比，输出3 路PWM信号并将截取后剩余的DMX512控制信号转发至下一个中继模块。[0034]再次参见图4，其为反相驱动电路的优选实施例。其包括二极管D1、场效应管Ql、 三极管Q2、及电阻R1。二极管Dl的正极与场效应管Ql的栅极同时接控制器的输出端，二极管Dl的负极经电阻Rl与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接直流转换电路的输出端，场效应管Ql的源极接地，三极管Q2的集电极与场效应管Ql的漏极相连且作为反相驱动电路的输出端同时接开关管的输入端。优选地，所述场效应管Ql为NMOS管，且所述三极管Q2为PNP型。其工作原理如下当反相驱动电路的输入端接高电平时，例如接5V高电平信号时，由于三极管Q2的发射极连接的为DC-DC降压电路输出的8. 5V的电压，故此时二极管Dl截止、三极管Q2的发射极不能导通，而场效应管Ql导通，故反相驱动电路的输出端相当于接地，其输出端OUT为低电平；当输入端输入OV低电平信号时，三极管Q2管的发射极、电阻Rl和二极管Dl构成的通路导通，此时场效应管Ql不导通，故输出OUT端为8. 5V逻辑高电平，且能输出高达IlOmA的驱动电流。由于LED灯的工作电流=恒流驱动电流XLED 串的导通时间XPWM的开关频率，导通时间由PWM波的占空比及频率决定。故LED串的工作电流与调光等级η接近高线性关系，可实现256级高线性调光。故该反相驱动电路既可以将电平反相，还可以提高PWM信号的驱动电平及驱动电流，进而驱动外部功率MOS管进行快速开关响应，以实现对LED灯的高线性调光(参见图7所示)。[0035]与现有技术相比，本实用新型提供的控制系统主要具有以下优点[0036]1、其结合中继模块采用独特的串行连接方式，各单元负载自动按串接顺序截取调光数据，并转发至下一单元负载。其不用对每个LED灯具预设地址，使多个LED灯具组网连接简易化，且其结构简单、成本较低。[0037]2、其采用可直接驱动功率MOS管的反相驱动电路。使用这种反相驱动电路可提高PWM信号的驱动电平及驱动电流，进而驱动外部功率MOS管进行快速开关响应，以实现对 LED灯的高线性调光。[0038]3、恒流驱动电路结合反馈电路可精确的调整恒流驱动芯片的导通时间，以自动适应设定恒定电流值，其可保证恒流精度。[0039]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、"相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。[0040]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种LED灯控制系统，其特征在于，包括若干个恒压源及若干个中继模块；每个中继模块的输入端与一;〖亘压源电连接，其输出端电连接一 LED灯具,若干个中继模块从DMX512控制信号的输出端按串行方式依次连接；所述中继模块，用于解码及截取DMX512控制信号并根据截取的控制信号驱动与其连接的LED灯具，且将剩余的DMX512控制信号转发至下一级中继模块。
2.如权利要求1所述的LED灯控制系统，其特征在于，每个中继模块包括电平转换电路，用于将DMX512控制信号从差分信号转换为TTL信号、及将剩余的DMX512控制信号转发至下一个中继模块；与电平转换电路相电连接的控制器，用于将TTL信号解码并截取解码后的信号、将截取后剩余的DMX512控制信号转发至所述电平转换电路、及将截取得到的信号进行脉宽调制；连接于控制器及LED灯具之间的开关管，用于根据控制器输出的脉宽调制信号控制LED灯具的通断；与LED灯具连接的恒流驱动电路，用于将恒压源转换为供驱动LED灯具的恒流源 '及直流转换电路，用于将恒压源提供的电压降压以给电平转换电路、控制器、及恒流驱动电路提供直流电源，所述直流转换电路同时与电平转换电路、控制器、及恒流驱动电路相连。
3.如权利要求2所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述中继模块还包括连接于控制器与开关管之间的反相驱动电路，且反相驱动电路同时与所述直流转换电路电连接。
4.如权利要求3所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述反相驱动电路包括二极管Dl、场效应管Ql、三极管Q2、及电阻Rl ；其中，二极管Dl的正极与场效应管Ql的栅极同时接控制器的输出端，二极管Dl的负极经电阻Rl与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极接直流转换电路的输出端，场效应管Ql的源极接地，三极管Q2的集电极与场效应管Ql的漏极相连且同时接开关管的输入端。
5.如权利要求4所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述场效应管Ql为NMOS管，且所述三极管Q2为PNP型。
6.如权利要求2所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述电平转换电路为RS485电平转换器。
7.如权利要求2所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述开关管为场效应管。
8.如权利要求2所述的LED灯控制系统，其特征在于，还包括连接于LED灯具与恒流驱动电路之间的用于反馈LED灯具的工作状态的反馈电路。
9.如权利要求8所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述反馈电路为采样电阻。
10.如权利要求2所述的LED灯控制系统，其特征在于，所述恒流驱动电路包括LM3402HV 芯片。
专利摘要本实用新型提供了一种LED灯控制系统，其包括若干个恒压源及若干个中继模块；每个中继模块的输入端与一恒压源连接，其输出端电连接一组LED灯具，若干个中继模块从DMX512控制信号的输出端按串行方式依次连接；所述中继模块，用于解码及截取DMX512控制信号并根据截取的控制信号驱动与其连接的LED灯具，且将剩余的DMX512控制信号转发至下一级中继模块。本实用新型提供的控制系统可以使LED灯具不用预设地址，其使LED灯具的组网连接操作更简易且其结构简单。
文档编号H05B37/02GK202873136SQ20122050792
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者李健雄, 刘娟 申请人:比亚迪股份有限公司