专利名称：利用led灯光控制总线实现的灯具控制方法
技术领域：
本发明涉及一种灯具控制方法，特别是涉及一种利用LED灯光控制总线实现的灯 具控制方法。
背景技术：
LED光源作为一种新兴的节能型光源，越来越受到人们的重视。目前，针对LED的 控制系统主要包括以下几种一 采用串行移位通讯及控制技术的控制方案。此类方案在LED大屏幕中得到广 泛应用，现在也延伸到很多灯光产品中，其优点是成本低，且具有较高的传输速率，便于实 现丰富的动画效果。但是此类方案最大的缺点是由于采用TTL电平传输，所以通讯距离非 常近，只能在数米之内传输，而且，这种系统在通讯线缆较长时，会对时钟信号产生较大的 相移，这个相移会随着节点级联数量的增加而产生积累误差，直到导致完全失控。由于在分 布式的景观灯光应用中往往灯具节点之间距离都较大，因此这种系统的应用有很大的局限 性。另外，这种方案采用的是一种单向的通讯方式，无法实现反馈数据的接收。二 采用单线总线的通讯技术控制方案。此类方案的优点是通讯线缆芯数大大减 少，只要一根信号线加上一根参考地线便能实现通讯。但是就目前采用单线控制的产品来 说，其通讯速率都比较低，难以实现实时性很高的变化效果；同时，这也是一种单向通讯方 式，无法实现反馈数据的接收；而且，目前只有少数几家公司能够提供支持单线协议的专用 控制芯片，如ColorKinetics、DALLAS等公司。三基于RS485物理总线(一种多点差分数据传输的电气规范)的通讯控制方案。 此类产品的优点是各个节点相对独立，节点故障不会影响到整个系统。但是，在灯光控制行 业中，通常需要实时性很好的响应速度来实现灯光的各种变化，通常都以每秒几十帧甚至 上百帧的速率进行数据刷新，然而，尽管有这么高的数据刷新速率，在上位机播放一些动画 控制时，由于动画源制作得并不一定很精细，会造成实际采集源的数据仍然存在抖动、跳跃 感强、不流畅等感觉；同时，由于RS485数据带宽的限制，没有更多的时间去执行别的任务， 只能单向发送数据，因此很难实现对下位机的某些需要返回的数据进行采集，所以在这种 需要采集反馈数据的场合，通常不得不采用两套总线，这也给实际应用带来了困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术无法实现双向通讯、灯光效果跳跃 感强等缺陷，提供一种只需极少的数据量便能实现柔和的动态效果、并且能够实现双向数 据传输的灯具控制方法。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种利用LED灯光控制总线 实现的灯具控制方法，该总线上设有多个灯具，该多个灯具通过该总线与一上位机相连，其 特点在于，其包括以下步骤=S1、各灯具中的微处理器解析并接收来自该上位机的数据帧； S2、该微处理器根据该数据帧的内容对该微处理器所属的灯具进行控制。
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其中，步骤S1中该微处理器解析并接收数据帧的过程包括以下步骤Sn、接收数 据帧中的报头并判断其是否正确，若正确则执行步骤S12，若不正确则返回；S12、接收数据帧 中的报文数据；S13、判断数据帧中的校验和是否正确，若正确则执行步骤S14，若不正确则返 回；S14、判断数据帧中的地址值与本机地址是否匹配，若匹配则执行步骤S2,若不匹配则返 回。其中，在步骤&中该微处理器根据数据帧中的协议号执行与该协议号相匹配的对 该灯具的控制流程，若不存在与该协议号相匹配的控制流程则返回。其中，当该控制流程为对该灯具中LED的亮度处理流程时，该控制流程包括以下 步骤S21、计算该灯具中LED的当前颜色值与数据帧中的新颜色值之间的差值；S22、根据该 灯具中的存储器存储的柔和度值计算插值数量，并根据该插值数量计算每个插值的数值； 、、采用计算出的插值不断地刷新该灯具中LED的颜色。其中，当该控制流程为柔和度参数设置流程时，该微处理器将该存储器中存储的 柔和度值更新为数据帧中的新柔和度值。其中，当该控制流程为数据反馈流程时，该控制流程包括以下步骤S31、侦听该 LED灯光控制总线上的其他灯具的微处理器反馈的地址值；S32、判断是否超时，若超时则执 行步骤S36，若未超时则执行步骤S33 ；S33、判断本机地址是否为0，若为0则执行步骤S36，若 不为0则执行步骤& ；S34、判断本机地址是否比侦听到的地址值大1，若是则执行步骤&6， 若不是则执行步骤S35 ；S35、计算本机地址与侦听到的地址值之间的差值，并根据该差值重 设超时时间，然后执行步骤&2;S36、向该上位机发送本机地址以及灯具数据然后退出侦听。本发明的积极进步效果在于本发明能够克服常见的LED控制系统在高刷新率下 却得不到柔和效果的缺点，只需极少的数据量就能实现非常柔和、犹如极光般梦幻的动态 效果，并且能够让有限的数据带宽发挥更多功能，同时在一根总线上实现双向数据传输，由 此完成对下位机监测数据的及时采集，特别适合于交互式的灯光应用场合。
图1为本发明利用的LED灯光控制总线的结构示意图。图2为本发明的灯具控制方法中的接收帧数据格式示意图。图3为本发明的灯具控制方法中的接收协议处理流程示意图。图4为本发明的灯具控制方法中的亮度处理流程示意图。图5为本发明的灯具控制方法中的数据反馈流程示意图。图6为本发明的一实施例的示意图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。如图1所示，本发明利用的LED灯光控制总线包括一根用于与一上位机相连的两 芯双绞电缆1 ；多个灯具2，每个灯具均包括一作为总线收发终端的微处理器21，每个该微 处理器21均通过一差分收发器22与该电缆1相连，该微处理器21与该差分收发器22之 间通过全双工的UART接口(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步串 行通讯口)通讯。在本实施例中，该差分收发器22采用的是RS485电路，用于完成差分信号到TTL信号的解调。该两芯双绞电缆1用于平衡传输总线的差分信号，在节点数量比较 多的情况下，采用带屏蔽的两芯双绞电缆效果更好。该微处理器至少有6个I/O 口，其中三 个I/O 口分别用于控制该灯具中的多个红、绿、蓝三色LED的PWM(脉宽调制)占空比调光， 两个I/O 口用于连接一存储有柔和度参数的I2C (即IIC，一种总线结构)存储器，另外一个 I/O 口则用于控制RS485电路的收发切换。其中，每个该微处理器21均包括一数据帧解析接收模块，用于解析并接收来自 该上位机的数据帧；一灯具控制模块，用于根据数据帧的内容对该微处理器所属的灯具进 行控制。该些模块的功能均可通过该微处理器21中的软件加以实现。本发明的该灯具控制方法在软件协议上，分为接收帧协议和发送帧协议两部分， 其中接收帧协议是上位机向总线收发终端发送数据的协议，如图2所示，其数据帧由如下 五大部分组成(1)识别码30 用于识别报头的一串特殊的字节序列，由9个字节组成。(2)协议号31 用于区分不同操作功能的代码标识，由1个字节组成。(3)报文长度32 用于表示后面报文长度的字节数，由2个字节组成。(4)报文内容33 正式传输的报文数据流，字节数不定。(5)校验和34 用于检查报文校验累加和的参数，由1个字节组成。其中识别码30、协议号31和报文长度32这三项都属于报头，报文内容33和校验 和34才是真正的报文数据。该数据帧解析接收模块包括一报头判断模块，用于接收数据帧中的报头并判断 其是否正确；一报文数据接收模块，用于接收数据帧中的报文数据；一校验和判断模块，用 于判断数据帧中的校验和是否正确；一地址判断模块，用于判断数据帧中的地址值与本机 地址是否匹配。而该灯具控制模块则包括一协议号判断模块，除此之外，该灯具控制模块还包括 多个分支控制流程模块，例如一亮度处理模块、一柔和度参数设置模块和一数据反馈模块 等等，每个分支控制流程模块均与一预设的协议号相匹配，例如该亮度处理模块执行的8 位、M位、48位亮度处理流程可以分别与协议号0、1、2相匹配，该柔和度参数设置模块执行 的柔和度参数设置流程可与协议号3相匹配，而该数据反馈模块执行的数据反馈流程则可 以与协议号Oxfe相匹配，诸如此类。该协议号判断模块用于根据数据帧中的协议号调用与 该协议号相匹配的某个分支控制流程模块。相应地，如图3所示，本实施例中的灯具控制方法可以包括以下步骤步骤100，接收数据帧中的报头并判断其是否正确，若正确则执行步骤101，若不 正确则返回。步骤101，接收数据帧中的报文数据。步骤102，判断数据帧中的校验和是否正确，若正确则执行步骤103，若不正确则 返回。步骤103，判断数据帧中的地址值与本机地址是否匹配，若匹配则执行步骤104， 若不匹配则返回。步骤104，判断数据帧中的协议号，若存在与该协议号相匹配的分支控制流程则执 行步骤105，若不存在与该协议号相匹配的分支控制流程则返回。
具体地，以下将以亮度处理、柔和度参数设置以及数据反馈为例，对分支控制流程 进行示例性的说明。该亮度处理模块包括一差值计算模块，用于计算该灯具中LED的当前颜色值与 数据帧中的新颜色值之间的差值；一插值计算模块，用于根据该存储器中存储的柔和度值 计算插值数量，并根据插值数量计算每个插值的数值；一 LED刷新模块，用于采用计算出的 插值不断地刷新该灯具中LED的颜色。相应地，如图4所示，当上述的步骤105为亮度处理流程时，其具体包括以下步 骤步骤1000，计算该灯具中LED的当前颜色值与数据帧中的新颜色值之间的差值。步骤1001，根据上述存储器中存储的柔和度值计算插值数量，并根据插值数量计 算每个插值的数值。该计算过程可以采用现有的插值算法实现，故在此不做赘述。步骤1002，采用计算出的插值不断地刷新该灯具中LED的颜色。当该微处理器接收到再次更新的颜色值之后，将重新回到步骤1000开始执行。由 此，上位机只需发送少量的关键帧数据就能实现灯光效果的柔和变化。其中的柔和度参数 也可以根据实际需要如下所述地由上位机随时更改，以满足不同的应用。当上述的步骤105为柔和度参数设置流程时，该微处理器将上述存储器中存储的 柔和度值更新为数据帧中的新柔和度值。该数据反馈模块包括一侦听模块，用于侦听该LED灯光控制总线上的其他微处 理器反馈的地址值；一超时判断模块，用于判断是否超时；一地址值判断模块，用于判断是 否轮到该微处理器进行数据反馈；一超时时间设置模块，用于计算本机地址与侦听到的地 址值之间的差值，并根据该差值重设超时时间；一数据发送模块，用于向该上位机反馈本机 地址及灯具数据。相应地，如图5所示，当上述的步骤105为数据反馈流程时，其包括以下步骤步骤2000，该LED灯光控制总线上包括本机在内的所有收发终端都进入侦听阶 段，本机则将侦听该总线上的其他微处理器反馈的地址值。步骤2001，判断是否超时，若超时则执行步骤2005，若未超时则执行步骤2002。步骤2002，判断本机地址是否为0，若为0则执行步骤2005，若不为0则执行步骤 2003。步骤2003，继续侦听该总线上其它节点反馈的地址值，判断本机地址是否比侦听 到的地址值大1，若是则执行步骤2005，若不是则执行步骤2004。步骤2004，计算本机地址与侦听到的地址值之间的差值，并根据该差值重设超时 时间，例如，将新的超时时间设置为该差值与0. 5ms的乘积，然后重新执行步骤2001。步骤2005，向该上位机反馈本机地址以及灯具数据，然后退出侦听。当所有的总线收发终端都按照如上所述的方式进行数据反馈时，便可以实现所有 终端按地址值从小到大有序地依次执行数据发送，避免了总线上的数据碰撞。如果中间存 在有地址跳跃，则经过一段时间的超时等待之后，地址最邻近的节点会首先超时，然后其将 发送反馈数据继而退出侦听阶段，从而避免了等待进入死循环的情况发生。实施例如图6所示，这是一个将本发明的灯具控制方法应用于道路LED路灯交互式控制的案例。该实施例中包括多个路灯59、60、61，该些路灯分别设有LED 50,51,52以及用于检 测车辆或行人的微波雷达传感器53、54、55，另外每个路灯上均设有上述的微处理器及差分 收发器，各传感器的信号输入到灯具的微处理器电路采集口。所有灯具通过双绞线连接在 一根两芯双绞电缆58上，中央控制计算机(即上位机)57通过电缆58不断地采集各个传 感器信号，当有车辆56接近时，计算机发出控制指令，令车辆附近的相应路灯达到最亮，而 当无车辆或行人经过时，计算机则令相应的路灯调暗，以达到省电效果。在本实施例中，也 引入了上述的亮度处理和柔和度参数设置的功能，由此计算机只需要少量数据就可控制灯 光效果，发送数据的最大间隔可以达到6秒柔和过渡。结合具体需求，在本实施例中采用间 隔200毫秒发送亮度数据，由于每次采集节点数据需要的时间最多不超过70毫秒，所以在 发送亮度数据的间隔时间内，计算机有足够的时间对传感器进行数据采集。该实施例采用 双绞线实现灯光效果控制和信号采集的一体化操作，并且能够实现柔和的调光效果，即节 省了材料、降低了施工难度，又达到了绿色环保、动态节能的目的。综上所述，本发明只需极少的数据量就能实现非常柔和的灯光效果，并且能够让 有限的数据带宽发挥更多功能，同时在一根总线上实现双向数据传输，由此完成对下位机 监测数据的及时采集，特别适合于交互式的灯光应用场合。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些 仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背 离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更 和修改均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用LED灯光控制总线实现的灯具控制方法，该总线上设有多个灯具，该多个 灯具通过该总线与一上位机相连，其特征在于，其包括以下步骤51、各灯具中的微处理器解析并接收来自该上位机的数据帧；52、该微处理器根据该数据帧的内容对该微处理器所属的灯具进行控制。
2.如权利要求1所述的灯具控制方法，其特征在于，步骤S1中该微处理器解析并接收 数据帧的过程包括以下步骤Sn、接收数据帧中的报头并判断其是否正确，若正确则执行步骤S12，若不正确则返回；512、接收数据帧中的报文数据；513、判断数据帧中的校验和是否正确，若正确则执行步骤S14，若不正确则返回；514、判断数据帧中的地址值与本机地址是否匹配，若匹配则执行步骤&，若不匹配则返回。
3.如权利要求1所述的灯具控制方法，其特征在于，在步骤&中该微处理器根据数据 帧中的协议号执行与该协议号相匹配的对该灯具的控制流程，若不存在与该协议号相匹配 的控制流程则返回。
4.如权利要求3所述的灯具控制方法，其特征在于，当该控制流程为对该灯具中LED的 亮度处理流程时，该控制流程包括以下步骤521、计算该灯具中LED的当前颜色值与数据帧中的新颜色值之间的差值；522、根据该灯具中的存储器存储的柔和度值计算插值数量，并根据该插值数量计算每 个插值的数值；523、采用计算出的插值不断地刷新该灯具中LED的颜色。
5.如权利要求3所述的灯具控制方法，其特征在于，当该控制流程为柔和度参数设置 流程时，该微处理器将该存储器中存储的柔和度值更新为数据帧中的新柔和度值。
6.如权利要求3所述的灯具控制方法，其特征在于，当该控制流程为数据反馈流程时， 该控制流程包括以下步骤S31、侦听该LED灯光控制总线上的其他灯具的微处理器反馈的地址值；S32、判断是否超时，若超时则执行步骤S36，若未超时则执行步骤S33；S33、判断本机地址是否为0，若为0则执行步骤S36，若不为0则执行步骤、；S34、判断本机地址是否比侦听到的地址值大1，若是则执行步骤S36，若不是则执行步骤S3S ；S35、计算本机地址与侦听到的地址值之间的差值，并根据该差值重设超时时间，然后执 行步骤S32 ；S36、向该上位机发送本机地址以及灯具数据然后退出侦听。
全文摘要
本发明公开了一种利用LED灯光控制总线实现的灯具控制方法，该总线上设有多个灯具，该多个灯具通过该总线与一上位机相连，其特征在于，其包括以下步骤S1、各灯具中的微处理器解析并接收来自该上位机的数据帧；S2、该微处理器根据该数据帧的内容对该微处理器所属的灯具进行控制。本发明只需极少的数据量就能实现柔和的动态效果，并能在一根总线上实现双向数据传输，由此完成对下位机监测数据的及时采集，特别适合于交互式的灯光应用场合。
文档编号H05B37/02GK102118899SQ200910248009
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘群, 李英远, 温源 申请人:上海广茂达光艺科技股份有限公司