专利名称：基于基函数模式的led灯具系统及灯光效果数据生成系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED灯具系统及数据生成系统，特别涉及一种基于基函数模式的LED灯 具系统及灯光效果数据生成系统。
背景技术：
目前，应用于照明领域的LED，不论在发光效率、环保省电、照明色调和色彩丰富、使用 寿命、耐震耐冲击等方面，都优于传统照明。虽然目前LED照明还存在成本偏高及系统效率有 待改善的问题，但随着LED技术瓶颈的克服，LED照明应用市场规模仍将持续快速成长，其中 LED在建筑照明上的应用最令人期待。在建筑景观照明中，LED主要应用在建筑装饰、室内装 饰、旅游景点装饰等方面，LED还用于重要建筑、商业中心、名胜古迹、桥梁、家居、休闲娱 乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。
目前LED灯光控制行业中主流的控制协议是DMX512控制协议。DMX512协议最早是为舞台灯 光控制而设计的，它以RS-485工业总线为物理层。通常一个灯光效果是可以划分成多个画面 的，每个画面称为一帧，DMX512协议中一帧数据最多包含512个字节， 一个像素点是3个字节 (红、绿、蓝)，因此DMX512只能支持大约170个像素点；如果画面过大，则需要主控器以512 字节为单元，将数据分别送至各从控器，如图1所示，主控器通过以太网Cat5或RS485总线将 各帧调光亮度数据送至各从控器，而各从控器通过RS485总线(3线)与各灯具相连接。由于 DMX512协议的简单性和实用性，以及RS-485总线的稳定可靠性，使得DMX512协议在LED灯光控 制领域得到广泛应用。
但由于RS-485总线传输速率为250Kbps，难以独立构建大型灯光系统应用于建筑外墙等城 市景观照明中，因此，国内应用于建筑外墙等的LED灯光控制系统中大多采用SPI总线传输控 制方式，其中，以北京中庆微数字设备开发有限公司的产品为代表，已经占据了该领域的大 部分市场份额。采用SPI总线传输方式可以实现大规模的外墙显示控制，相对于DMX512系统而 言，其控制成本较低，但稳定性比DMX系统差，且SPI串联系统中存在如果一个LED灯损坏将导 致后面的灯具无法工作的问题。因此，目前国内LED灯光控制领域中小规模LED系统几乎全部 都是DMX512系统，大规模LED系统(5K以上像素点)多采用SPI总线系统。
然而，无论是目前的DMX512系统还是SPI系统，都是属于平面动画系统，大多应用于建筑 外墙等平面应用中。对于道路、桥梁、江边等线条型的应用，采用现有的DMX系统和SPI系统难以实现。因为标准DMX512系统每个控制器输出端口最多可控制170个像素点，不少厂家也将 标准DMX512系统扩展成为DMX1024系统使系统可控制340个像素点，但代价是将系统最高刷新 率从44Hz降低到22Hz;而SPI总线系统每个输出端口的控制能力最高也只能达256个像素点。 JK因为现有的DMX系统和SPI系统可控制的像素点不多，应用于道路、桥梁等线条型LED灯光控 制时，需要多个数据分配器或者从控器来构成线型系统。请参见图2，其为现有SPI系统线型 控制效果示意图，由主控器先通过以太网Cat5将数据送至各数据分配器，再由数据分配器将 数据送至相应各差分器，而每一差分器通过SPI总线(6针)控制各灯具。当线条越长，需控 制的LED灯具越多时，由主控器连至各数据分配器和差分器的以太网连线Cat5就越长，信号传 递的衰减就越大，因而系统构造越复杂，控制成本偏高，连线多且长，工程安装复杂，系统 可靠性也大大降低。
由上所述，如何有效解决LED灯光系统所存在的诸多缺点，实已成为本领域技术人员亟待 解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于基函数模式的LED灯具系统，由包含基函数的灯光效果 数据来控制LED灯具显示灯光效果的功能。
本发明的另一目的在于提供一种LED灯具的灯光效果数据生成系统，以实现将灯光效果 转换成基函数数据的功能。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的基于基函数模式的LED灯具系统，包括 具有总线接口的多个LED灯具、总线、及设置在所述多个LED灯具现场且具有总线接口的灯 光效果控制模块。
其中，每一LED灯具又包括作为多个像素点的多个LED灯；分别用于存储不同的基函 数的多个基函数存储单元，其中，每一基函数由多个像素点的颜色信息构成，且每一基函数 的各像素点颜色信息分别与所述多个LED灯所形成的各像素点一一对应；用于存储灯具自身 的实际地址的地址存储单元；用于根据所述地址存储单元所存储的地址解析从总线接口输入 的灯光效果数据，以从中选择出与自身实际地址相应的基函数的数据解析单元；用于根据所 述数据解析单元所解析出的数据自相应的基函数存储单元提取相应的基函数，以获得所提取 的基函数中的各像素点颜色信息与所述多个LED灯所形成的各像素点的对应关系的基函数提 取单元；用于根据所获得的对应关系中的各颜色信息驱动所述多个LED灯显示相应颜色的LED 灯驱动单元。其中，所述灯光效果控制模块用于接收灯光效果数据，并通过总线接口向所述多个LED 灯具传送所接收的灯光效果数据，以使每一灯具的数据解析单元根据各自地址存储单元所存 储的地址从中选择出与自身实际地址相应的数据，送入各自的基函数提取单元，以便各自的 基函数提取单元自相应的基函数存储单元提取各自的多个LED灯的颜色信息，进而使所述多 个LED灯具整体显示出一灯光效果。
其中，所述总线用于将所述多个LED灯具、及所述灯光效果控制模块相连接。
较佳的，所述多个LED灯具可连接成线形。
较佳的，所述基于基函数模式的LED灯具系统还可包括具有总线接口、且用于通过所 述总线向每一 LED灯具写入各自的地址数据，以使每一 LED灯具的数据解析单元将写入的地 址数据解析为各自的实际地址后，送入各自的地址存储单元的写码器。
较佳的，所述总线为RS485总线。
本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统，用于向上述的基于基函数模式的LED灯具 系统提供灯光效果数据，其包括用于存储上述的基于基函数模式的LED灯具系统中的多个 LED灯具的各基函数存储单元所存储的基函数的数据库；用于输入需要所述基于基函数模式 的LED灯具系统中的多个LED灯具显示的灯光效果、所述多个LED灯具的数目、布局和每一 LED灯具所形成的像素点数目的输入单元，其中，所输入的灯光效果由像素点颜色信息所构成； 用于根据所述多个LED灯具的数目及布局生成相应虚设地址，且使每一虚设地址与相应的LED 灯具的实际地址相对应的地址生成单元；用于根据所述数据库所提供的各基函数，将所输入 的灯光效果按照所述多个LED灯具的数目、布局和每一 LED灯具所形成的像素点数目拆分成 相应的基函数，并根据所述地址生成单元所生成的各LED灯具的虚设地址，进一步生成各基 函数与对应的LED灯具虚设地址相关联的灯光效果数据的灯光效果数据生成单元；用于传送 所生成的灯光效果数据的传送单元。
其中，所述传送单元根据所述基于基函数模式的LED灯具系统中的灯光效果控制模块来 确定当所述灯光效果控制模块具有SD卡接口时，所述传送单元可为SD卡；当所述灯光效 果控制模块具有通信网络接口时，所述传送单元为通信网络。
综上所述，本发明的基于基函数模式的LED灯具系统通过在各LED灯具中设置基函数存 储单元和基函数提取单元，即可实现根据生成的包含基函数的灯光效果数据来控制LED灯具 显示的灯光效果。而本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统通过将灯光效果拆分成多个 基函数，由此实现生成包含基函数的灯光效果数据。
图1为现有DMX系统线型控制系统示意图。 图2为现有SPI系统线型控制系统示意图。
图3为本发明的基于基函数模式的LED灯具系统总线架构示意图。
图4为本发明的基于基函数模式的LED灯具系统的LED灯具1基本架构示意图。
图5a至图5d为基函数示意图。
图6为本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统的基本架构示意图。 图7为本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统与本发明的基于基函数模式的LED灯 具系统的结合示意图。
图8为本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统的基函数与LED灯具地址的关联示意图。
具体实施例方式
请参阅图3，本发明的基于基函数模式的LED灯具系统至少包括具有总线接口的LED灯 具l、 2……n、写码器、总线、及设置在所述多个LED灯具现场且具有总线接口的灯光效果控 制模块等。
所述具有总线接口的LED灯具1、 2……n分别连接在所述总线上，可形成线条形状，也 可呈其他形状，例如方形等。为简化说明，并以LED灯具1为例来详细说明每一LED灯具的 结构。然，须注意地是，各灯具的结构并非以本实施例为限，例如可采用能形成不同像素点 数目的灯具等。
请参见图4， LED灯具1包括24个LED灯、多个基函数存储单元、数据解析单元、地址 存储单元、基函数提取单元、LED灯驱动单元等。
其中，24个LED灯形成8个像素点，每一像素点包括红、绿、蓝3个LED灯。 所述多个基函数存储单元，即基函数存储单元l、基函数存储单元2、……、基函数存储 单元n，分别用于存储不同的基函数，其中，每一基函数由多个像素点的颜色信息构成，且每 一基函数的各像素点颜色信息分别与所述多个LED灯所形成的各像素点一一对应。例如，请 参见图5a至5d所示，其中，基函数存储单元l中存储了图5a所示的基函数l，所述基函数 1包括与所述24个LED灯形成的8个像素点一一相对应的8个红色像素点，基函数存储单元 2中存储了图5b所示的基函数2，所述基函数2包括与所述24个LED灯形成的8个像素点一一相对应的红绿相间的8个像素点，基函数存储单元3、……、n分别存储了不同基函数，在 此不再一一说明，需注意地是，各像素点的颜色信息通常可包括色调、饱和度和亮度数据。 同样LED灯具2……n的各基函数存储单元也分别存储了不同基函数，例如，LED灯具2的基 函数存储单元3中存储了基函数3，所述基函数3包括与LED灯具2的24个LED灯形成的8 个像素点一一相对应的8个红蓝像素点，如图5c所示，LED灯具n的基函数存储单元4中存 储了基函数4，所述基函数4包括与LED灯具n的24个LED灯形成的8个像素点一一相对应 的8个蓝色像素点，如图5d所示，其他各基函数存储单元所存储的基函数，在此不再一一详 述。
所述地址存储单元用于存储灯具自身的实际地址。例如，LED灯具1的地址存储单元存储 LED灯具1的实际地址为0000， LED灯具2的地址存储单元存储LED灯具2的实际地址为 0001……，LED灯具n的地址存储单元存储LED灯具1的实际地址为FFFF。各地址可预存储， 也可由所述写码器写入(容后详述)。
所述数据解析单元用于根据所述地址存储单元所存储的地址解析从总线接口输入的灯光 效果数据，以从中选择出与自身实际地址相应的基函数(容后详细陈述)。
所述基函数提取单元用于根据所述数据解析单元所解析出的数据自相应的基函数存储单 元提取相应的基函数，以获得所提取的基函数中的各像素点颜色信息与所述多个LED灯所形 成的各像素点的对应关系(容后详述)。
所述LED灯驱动单元用于根据所获得的对应关系中的各颜色信息驱动所述多个LED灯显 示相应颜色，此为本领域技术人员所熟悉，在此不再详述。
所述写码器用于向每一 LED灯具写入各自的地址数据，以使每一 LED灯具的数据解析单 元将地址数据解析为各自的实际地址，其为具有总线接口的写码器，可通过总线向各LED灯 具的数据解析单元写入相应地址码，例如，向LED灯具1输入地址为0000，向LED灯具2输 入地址为0001……，向LED灯具n输入地址为FFFF，则经过LED灯具1、 2……n各自的数据 解析单元的解析后，由各自的地址存储单元予以存储。
所述灯光效果控制模块用于接收灯光效果数据，并通过总线接口向所述多个LED灯具传 送所接收的灯光效果数据，以使每一灯具的数据解析单元根据各自地址存储单元所存储的地 址从中选择出与自身实际地址相应的数据，送入各自的基函数提取单元，以便各自的基函数 提取单元自相应的基函数存储单元提取各自的多个LED灯的颜色信息，进而使所述多个LED 灯具整体显示出一灯光效果(容后详细陈述)。
所述总线用于将所述多个LED灯具、及所述灯光效果控制模块相连接，其可为RS485总线。
再请参见图6及图7,本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统至少包括数据库、输 入单元、地址生成单元、灯光效果数据生成单元、及传送单元等，其用于向上述灯光效果控 制模块提供灯光效果数据。
所述数据库用于存储LED灯具1、 2、……、n各自的多个基函数存储单元所存储的基函 数所包含的像素点的颜色信息，即存储有LED灯具1的基函数存储单元1、……、n所存储的 基函数，LED灯具2的各基函数存储单元所存储的基函数，……，LED灯具n的各基函数存储 单元所存储的基函数，因此图5a至5d所示的基函数l、基函数2、基函数3、基函数4都存 储在所述数据库内。
所述输入单元用于输入需要LED灯具1、 2、……、n显示的灯光效果、LED灯具的数目n、 布局和LED灯具1、 2、……、n各自所形成的像素点数目，其中，所输入的灯光效果由像素 点颜色信息所构成。例如，输入LED灯具1、 2、……、n的布局成线形，需要形成的灯光效 果如图8所示，其包括8*n个像素点的颜色信息(因为LED灯具1、 2、……、n都为8个像 素点，共8+n个像素点)，其中，从左至右的第1至第8个像素点为红色，第9至16个像素 点为红蓝相间，……，最后8个像素点为蓝色。
所述地址生成单元用于根据LED灯具的数目n及布局生成相应虛设地址，且使每一虚设 地址与相应一 LED灯具的实际地址相对应。例如，生成的LED灯具1的虚设地址为0000， LED 灯具2的虚设地址为0001……，LED灯具n的虚设地址为FFFF。
所述灯光效果数据生成单元用于根据所述数据库所提供的各基函数，将所输入的灯光效 果按照LED灯具的数目n、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目拆分成相应的基函数，并 根据所述地址生成单元所生成的各LED灯具的虚设地址，进一步生成各基函数与对应的LED 灯具虚设地址相关联的灯光效果数据。如图8所示，所输入的灯光效果被拆分成n个基函数， 即基函数1、基函数3、……、基函数4，依次和LED灯具1的虚设地址0000、 LED灯具2的 虚设地址0001、……、LED灯具ri的虚设地址FFFF相对应，由此生成灯光效果数据。生成的 灯光效果数据可根据编码的不同而不同，而数据编码方式己为本领域技术人员所熟悉，故在 此不再详述。
所述传送单元用于传送所形成的灯光效果数据，其根据所述基于基函数模式的LED灯具 系统中的灯光效果控制模块来确定，例如，当所述灯光效果控制模块具有SD卡接口时，所述 传送单元可为SD卡可为SD卡；当所述灯光效果控制模块具有通信网络接口时，所述传送单
9元可为通信网络。
现以LED灯具1、 2、……、n显示如图8所示的灯光效果为例来详细说明本发明的LED 灯具的灯光效果数据生成系统和基于基函数模式的LED灯具系统的工作原理。
首先由LED灯具的灯光效果数据生成系统生成灯光效果数据，即生成LED灯具1的虚设 地址0000与基函数1相对应、LED灯具2的虚设地址0001与基函数3相对应、……、LED灯 具n的虚设地址FFFF与基函数4相对应的灯光效果数据，然后通过传送单元将所述灯光效果 数据传入至灯光效果控制模块，所述灯光效果控制模块将所述灯光效果数据通过总线送入LED 灯具1、 2、……、n的数据解析单元，各数据解析单元根据各自的地址存储单元所存储的实 际地址，自所述灯光效果数据中选择出相应的数据，例如，LED灯具1的数据解析单元选择出 与地址0000对应的数据，即基函数1; LED灯具2的数据解析单元选择出与地址0001对应的 数据，即基函数3;……、LED灯具n的数据解析单元选择出与地址FFFF对应的数据，即基 函数4，最后，各LED灯具的基函数提取单元根据各自的数据解析单元所选择出的基函数自相 应的基函数存储单元提取相应的基函数，根据各基函数所包含的象素点颜色信息与各LED灯 的对应关系，使LED灯驱动单元以驱动各LED灯，即LED灯具1基函数提取单元从基函数存 储单元1中提取信息，LED灯具2基函数提取单元从基函数存储单元3中提取信息，……，LED 灯具n基函数提取单元从基函数存储单元4中提取信息，由此，LED灯具l、 2、……、n即可 显示出如图8所示的灯光效果。
需注意地是，所述LED灯具的灯光效果数据生成系统可根据实际需要生成多个灯光效果 数据， 一次性传送至所述灯光效果控制模块中，由所述灯光效果控制模块逐次向各LED灯具 传送，进而使各LED灯具形成不同的灯光效果，实现灯光的动态变换。
综上所述，本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统可根据实际需要生成多个不同的 灯光效果数据，而相应的基于基函数模式的LED灯具系统由于已将基函数予以存储，故灯光 效果控制模块仅需传送灯光效果中包含的基函数，即可使各LED灯具显示成相应的灯光效果， 而不需要如现有技术中传送每一灯具的调光亮度值，由此可使灯光效果控制模块能够控制更 多数目的LED灯具。例如，若一个LED灯具采用16位地址编码，则灯光效果控制模块可控制 65536个LED灯具，若一 LED灯具形成8个像素点，则可控制65536*8个像素点，若一 LED灯 具按长1米计，可实现6万多米的灯光效果控制，而且灯光效果控制模块支持级联扩展控制 模式。相对于现有的DMX512系统或SPI系统， 一个灯光效果控制模块能控制更多的像素点， 极大地降低了成本。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权 利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种基于基函数模式的LED灯具系统，其特征在于包括具有总线接口的多个LED灯具、总线、及设置在所述多个LED灯具现场且具有总线接口的灯光效果控制模块，其中，每一LED灯具又包括作为多个像素点的多个LED灯；多个基函数存储单元，分别用于存储不同的基函数，其中，每一基函数由多个像素点的颜色信息构成，且每一基函数的各像素点颜色信息分别与所述多个LED灯所形成的各像素点一一对应；地址存储单元，用于存储灯具自身的实际地址；数据解析单元，用于根据所述地址存储单元所存储的地址解析从总线接口输入的灯光效果数据，以从中选择出与自身实际地址相应的基函数；基函数提取单元，用于根据所述数据解析单元所解析出的数据自相应的基函数存储单元提取相应的基函数，以获得所提取的基函数中的各像素点颜色信息与所述多个LED灯所形成的各像素点的对应关系；LED灯驱动单元，用于根据所获得的对应关系中的各颜色信息驱动所述多个LED灯显示相应颜色；所述灯光效果控制模块，用于接收灯光效果数据，并通过总线接口向所述多个LED灯具传送所接收的灯光效果数据，以使每一灯具的数据解析单元根据各自地址存储单元所存储的地址从中选择出与自身实际地址相应的数据，送入各自的基函数提取单元，以便各自的基函数提取单元自相应的基函数存储单元提取各自的多个LED灯的颜色信息，进而使所述多个LED灯具整体显示出一灯光效果；总线，用于将所述多个LED灯具、及所述灯光效果控制模块相连接。
2. 如权利要求1所述的基于基函数模式的LED灯具系统，其特征在于所述多个LED灯 具连接成线形。
3. 如权利要求1所述的基于基函数模式的LED灯具系统，其特征在于还包括具有总线 接口的写码器，用于通过所述总线向每一 LED灯具写入各自的地址数据，以使每一 LED灯具的数据解析单元将写入的地址数据解析为各自的实际地址后，送入各自的地 址存储单元。
4. 如权利要求1所述的基于基函数模式的LED灯具系统，其特征在于:所述总线为RS485 总线。
5. —种LED灯具的灯光效果数据生成系统，用于向权利要求1至4任一基于基函数模式 的LED灯具系统提供灯光效果数据，其特征在于包括数据库，用于存储基于基函数模式的LED灯具系统中的多个LED灯具的各基函数 存储单元所存储的基函数；输入单元，用于输入需要所述基于基函数模式的LED灯具系统中的多个LED灯具 显示的灯光效果、所述多个LED灯具的数目、布局和每一 LED灯具所形成的像素点数 目，其中，所输入的灯光效果由像素点颜色信息所构成；地址生成单元，用于根据所述多个LED灯具的数目及布局生成相应虚设地址，且 使每一虚设地址与相应的LED灯具的实际地址相对应；灯光效果数据生成单元，用于根据所述数据库所提供的各基函数，将所输入的灯 光效果按照所述多个LED灯具的数目、布局和每一 LED灯具所形成的像素点数目拆分 成相应的基函数，并根据所述地址生成单元所生成的各LED灯具的虚设地址，进一步 生成各基函数与对应的LED灯具虚设地址相关联的灯光效果数据；传送单元，用于传送所生成的灯光效果数据。
6. 如权利要求5所述的LED灯具的灯光效果数据生成系统，其特征在于所述传送单元 根据所述基于基函数模式的LED灯具系统中的灯光效果控制模块来确定。
7. 如权利要求6所述的LED灯具的灯光效果数据生成系统，其特征在于当所述灯光效 果控制模块具有SD卡接口时，所述传送单元为SD卡。
8. 如权利要求6所述的LED灯具的灯光效果数据生成系统，其特征在于当所述灯光效 果控制模块具有通信网络接口时，所述传送单元为通信网络。
全文摘要
本发明的基于基函数模式的LED灯具系统包括具有总线接口的多个LED灯具、总线、及设置在多个LED灯具现场的灯光效果控制模块；本发明的LED灯具的灯光效果数据生成系统包括数据库、输入单元、地址生成单元、灯光效果数据生成单元及传送单元；先由灯光效果数据生成单元将输入的灯光效果根据数据库提供的基函数予以拆分，并将拆分出的各基函数与所生成的灯具地址相关联，然后由传送单元将形成的灯光效果数据送入灯光效果控制模块，再由其通过总线送入各LED灯具的数据解析单元，经解析后由基函数提取单元从多个基函数存储单元中选择出相应的基函数，使各LED灯具的LED灯驱动单元根据所选择出的基函数驱动LED灯显示相应颜色。
文档编号H05B37/02GK101561110SQ20091003946
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者韬 李, 前 王 申请人:华南理工大学