一種LED控制方法及設備

《一種LED控制方法及設備》是重慶星河光電科技有限公司於2010年12月28日申請的專利，該專利的申請號為CN201010609567.0，公布號為CN102098838A，授權公布日為2011年6月15日，發明人是余水、廖隆盛、黃敏。

《一種LED控制方法及設備》包括PC機、主控器和多個分控器，所述多個分控器與所述主控器串聯，所述PC機與所述主控器相連，所述分控器用於對LED進行控制。套用上述技術方案，多個分控器與主控器串聯，每增加一個分控器時，分控器需與其前端的一個器件的阻抗匹配，而不需與所有器件的阻抗匹配，因此，增加了分控器的連線數量，進一步增加LED的安裝距離。

2017年12月11日，《一種LED控制方法及設備》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種LED控制方法及設備》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種LED控制方法及設備
• 申請公布號 ：CN102098838A
• 申請公布日 ：2011年6月15日
• 申請號 ：CN201010609567.0
• 申請日 ：2010年12月28日
• 申請人 ：重慶星河光電科技有限公司
• 地址：重慶市渝北區茂林路9號
• 發明人 ：余水、廖隆盛、黃敏
• Int. Cl. ：H05B 37/02 (2006.01)、H04L 12/40 (2006.01)
• 專利代理機構 ：北京集佳智慧財產權代理有限公司
• 代理人 ：逯長明

專利背景

截止至2010年，基於RS485的通信方式因其廉價並且易於組網等一系列的優點，已經廣泛用於各種工業控制系統中。比如：LED控制設備。

LED控制設備採用RS485作為主控器，主控器將其從主機上獲取的信號識別後，傳輸給設備中分別與主控器相連的分控器，再由分控器依據所接收的信號控制LED。

理論上來說，一個RS485接口匯流排上可以掛接多個分控器，比如：具有特製晶片的RS485已經可以掛接256個分控器。然而，在實際使用中並非如此。由於分控器分別與主控器相連，所以每增加一個分控器需要與其前端所有的器件匹配，即會影響整個通信線路上阻抗的匹配。當通信線路上輸入端和輸出端的阻抗匹配時，通信才能實現。也就是說每增加一個分控器，需要與其前端所有器件的阻抗匹配，通信才能實現。但是，當主控器所連線的分控器的數量增加到一定數量時，比如：申請人經研究發現，當主控器所連線的分控器的數量達到7個時，會導致整個通信線路上阻抗不匹配，致使通信無法正常進行，限制了信號的傳輸距離，進而LED的安裝距離。因此，急需一種LED控制設備以增加分控器的數量，進一步增加LED的安裝距離。

發明內容

專利目的

《一種LED控制方法及設備》提供了一種LED控制方法及設備，以解決2010年以前的設備中由於分控器分別與主控器相連，導致當分控器的數量增加到一定數量時，會導致整個通信線路上阻抗不匹配，致使通信無法正常進行，限制了傳輸距離，進而限制LED安裝距離的問題。

技術方案

《一種LED控制方法及設備》包括PC機、主控器和多個分控器，所述多個分控器與所述主控器串聯，所述PC機與所述主控器相連，所述分控器用於對LED進行控制。

優選地，所述主控器和所述分控器包括：控制器、第一RS485和第二RS485；其中：所述第一RS485和所述第二RS485分別與所述控制器相連。優選地，所述相鄰的兩個分控器的連線為：前端的分控器的第二RS485連線後端分控器的第一RS485。優選地，還包括：連線在所述PC機和所述主控器之間的路由器。優選地，所述分控器還包括：內部設定有初始控制信號的從控制器，用於當後端分控器未收到前端分控器的返回信號的次數超過預設次數時，傳送其內設定的初始控制信號給後端分控器。優選地，所述分控器還包括：故障傳送器，用於當前端分控器未接收到後端分控器的聯絡信號的次數超過預設次數時，向主控器傳送離線信號，由所述主控器將主控器ID號添加到識別信號後傳送給PC機。優選地所述控制器為單片機或隨機存儲器RAM或電可擦可程式唯讀存儲器EEPROM。

該發明實施例還提供一種LED控制方法，包括：主控器接收PC機傳送的控制信號，依據控制信號所攜帶的幀類型對所述控制信號分析得出識別信號，傳送識別信號；分控器接收識別信號，參考識別信號對LED進行控制。

優選地，分控器接收識別信號，參考識別信號對LED進行控制之後還包括：後端分控器傳送線路查詢信號給前端分控器；後端分控器接收前端分控器傳送的對應的返回信號；當所述後端分控器未接收到所述返回信號的次數超過預設次數時，後端分控器傳送初始控制信號給後端的所有分控器；後端分控器依據初始控制信號，控制LED。

優選地，後端分控器依據初始控制信號，控制LED之後還包括：前端分控器未接收到後端分控器的線路查詢信號超過預設次數時，向主控器傳送離線信號；主控器收到離線信號後重新封裝並傳送給PC機。其中：主控器將自身的主控器ID號封裝到離線信號內傳送給PC機。

套用上述技術方案，多個分控器與主控器串聯，每增加一個分控器時，分控器需與其前端的一個器件的阻抗匹配，而不需與所有器件的阻抗匹配，因此，增加了分控器的連線數量，進一步增加LED的安裝距離。

附圖說明

圖1為《一種LED控制方法及設備》實施例提供的LED控制設備的結構示意圖；

圖2為該發明實施例提供的LED控制設備組裝圖；

圖3為PWM調光電路；

圖4為圖1中分控器的一種結構示意圖；

圖5為圖1中分控器的另一種結構示意圖；

圖6為該發明實施例提供的LED控制方法的流程圖。

權利要求

1.《一種LED控制方法及設備》包括PC機、主控器和多個分控器，其特徵在於，所述多個分控器與所述主控器串聯，所述PC機與所述主控器相連，所述分控器用於對LED進行控制；所述PC機用於根據使用需求，對每條線路發出不同的控制信號；連線在所述PC機和所述主控器之間的路由器，用於對控制信號進行分析，判定該控制信號所對應的主控器，並傳送給對應的主控器；所述主控器和所述分控器包括：控制器、第一RS485和第二RS485；其中：所述第一RS485和所述第二RS485分別與所述控制器相連；主控器接收PC機傳送的控制信號，判斷信號的幀頭、幀類型、數據長度和幀數據之和是否與校驗和相等，如果相等，則表示接收到的控制信號正確，將正確幀標註為1，並備份該數據；當主控器判斷其未接收到信號的時間超過預設時間時，表示信號接收完畢；依據控制信號所攜帶的幀類型進行分析得出識別信號，並傳送識別信號給後級的分控器；所述分控制器用於，分控器的第一RS485接收到來自其前端分控器傳送的識別信號，將該識別信號傳送給控制器；控制器識別識別信號是否有效，當識別信號有效時，判斷信號類型，並將該識別信號通過第二RS485傳送給後端分控器的第一RS485，並將自身的回響信號通過第一RS485傳送給前端分控器的第二RS485；當分控器接收到回響信號後，識別回響信號是否有效，當回響信號有效時，判斷信號類型，並將該回響信號通過自身的第一RS485傳送給其前端的分控器，直至傳送給主控器。

2.根據權利要求1所述的LED控制設備，其特徵在於，其中，所述相鄰的兩個分控器的連線為：前端的分控器的第二RS485連線後端分控器的第一RS485。

3.根據權利要求1所述的LED控制設備，其特徵在於，所述分控器還包括：內部設定有初始控制信號的從控制器，用於當後端分控器未收到前端分控器的返回信號的次數超過預設次數時，傳送其內設定的初始控制信號給後端分控器。

4.根據權利要求3所述的LED控制設備，其特徵在於，所述分控器還包括：故障傳送器，用於當前端分控器未接收到後端分控器的聯絡信號的次數超過預設次數時，向主控器傳送離線信號，由所述主控器將主控器ID號添加到識別信號後傳送給PC機。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的LED控制設備，其特徵在於，所述控制器為單片機或隨機存儲器RAM或電可擦可程式唯讀存儲器EEPROM。

6.一種LED控制方法，其特徵在於，包括：PC機根據使用需求，對每條線路發出不同的控制信號；對控制信號進行分析，判定該控制信號所對應的主控器，並傳送給對應的主控器；主控器接收PC機傳送的控制信號，判斷信號的幀頭、幀類型、數據長度和幀數據之和是否與校驗和相等，如果相等，則表示接收到的控制信號正確，將正確幀標註為1，並備份該數據；當主控器判斷其未接收到信號的時間超過預設時間時，表示信號接收完畢；依據控制信號所攜帶的幀類型進行分析得出識別信號，並傳送識別信號給後級的分控器；分控器的第一RS485接收到來自其前端分控器傳送的識別信號，將該識別信號傳送給控制器；控制器識別識別信號是否有效，當識別信號有效時，判斷信號類型，並將該識別信號通過第二RS485傳送給後端分控器的第一RS485，參考識別信號對LED進行控制，並將自身的回響信號通過第一RS485傳送給前端分控器的第二RS485；當分控器接收到回響信號後，識別回響信號是否有效，當回響信號有效時，判斷信號類型，並將該回響信號通過自身的第一RS485傳送給其前端的分控器，直至傳送給主控器。

7.根據權利要求6所述的LED控制方法，其特徵在於，分控器接收識別信號，參考識別信號對LED進行控制之後還包括：後端分控器傳送線路查詢信號給前端分控器；後端分控器接收前端分控器傳送的對應的返回信號；當所述後端分控器未接收到所述返回信號的次數超過預設次數時，後端分控器傳送初始控制信號給後端的所有分控器；後端分控器依據初始控制信號，控制LED。

8.根據權利要求7所述的LED控制方法，其特徵在於，後端分控器依據初始控制信號，控制LED之後還包括：前端分控器未接收到後端分控器的線路查詢信號超過預設次數時，向主控器傳送離線信號；主控器收到離線信號後重新封裝並傳送給PC機。其中：主控器將自身的主控器ID號封裝到離線信號內傳送給PC機。

實施方式

該發明申請人經研究發現，2010年以前的LED控制設備中主控器與分控器採用並聯的方式。電路並聯時，輸出端每增加一個器件時，新增器件的阻抗會導致輸出端阻抗發生變化，若保證電路正常運行，必須保證輸入端阻抗與輸出端阻抗匹配，進而限制新增器件的阻抗。同樣，對於LED控制設備來說，每增加一個分控器，會導致前端阻抗不匹配，進而無法進行通信。經過多次實踐，申請人發現，當主控器所連線的分控器的數量達到7個時，會導致整個通信線路上阻抗不匹配，致使通信無法正常進行，限制了傳輸距離，進而LED的安裝距離。

為了解決上述問題，該發明實施例提供一種LED控制設備，結構示意圖如圖1所示，包括PC機1、主控器2和多個分控器3；其中：主控器2與PC機1相連，主控器2和分控器3改變原有並聯連線方式，改由中繼串聯連線方式，即多個分控器3與主控器2串聯在一起。主控器2接收PC機傳送的控制信號，依據控制信號所攜帶的幀類型進行分析得出識別信號，並傳送識別信號給後級的分控器3，後級的分控器3再向與其串聯的下一個分控器3傳送識別信號，識別信號在分控器3之間依次傳遞，再由分控器3依據識別信號對LED進行控制，分控制器3控制一個LED或者一組LED。為了說明分控器3與主控器2的連線方式，分控器3的個數為3個，當然，實際連線的分控器3的個數不止3個。LED控制設備組裝圖請參閱圖2，從圖2可以看出，主控器2與分控器3為中繼串聯的方式，每個分控器3用於控制一個LED。比如：控制LED的開閉、調節LED的亮度以及控制LED的工作時間等。

2010年以前，對LED亮度進行調節的技術主要有三種：模擬調光、PWM（PulseWidthModulation，脈衝寬度調製）調光以及數字調光。模擬調光是通過調節串聯或並聯電阻的阻值，改變通過LED的電流，從而改變LED的亮度。PWM調光方式是一種將重複脈衝序列作為控制信號，控制LED驅動器開啟和斷開，進而控制LED的調光技術，只需要提供寬、窄不同的數字式脈衝，即可簡單地實現改變輸出電流，從而調節LED的亮度。PWM調光的優點在於能夠提供高質量的冷光，以及套用簡單，效率高。該系統採用的為PWM調光。PWM調光的電路圖如圖3所示。

圖3所示的PWM調光電路圖中的調光控制是採用了光耦電路和MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金氧半場效電晶體）實現的，包括：第一電阻11、電源12、光耦電路13、穩壓二極體14、第二電阻15和MOSFET16。MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導體場效應電晶體，所需驅動功率較小，而且MOSFET只有多數載流子參與導電，不存在少數載流子的複合時間，因而開關頻率可以很高，特別適合作為PWM控制驅動開關。為此，圖3中的MOSFET16為N溝道MOSFET，N溝道MOSFET的導通電壓Vgs>=5伏。其中：第一電阻11連線在電源12和光耦電路13的一個輸入端之間，光耦電路13的另一個輸入端連線數字脈衝，在該發明實施例中為分控器3傳送的控制信號。光耦電路13的兩個輸出端分別連線穩壓二極體14的陽極和第二電阻15。穩壓二極體14的陰極連線光耦電路13的輸出端與第二電阻15的連線點。MOSFET16的S極連線穩壓二極體14的陽極，G極連線穩壓二極體14的陰極，D極連線LED的陰極。LED的陽極連線第二電阻15，與第二電阻15所連線的一端未連線光耦電路13的輸出端。其具體調光過程為：當PWM1=1時，光耦電路13截止，由於光耦電路13的Vce=9.1伏，MOSFET16的G極接高電平，Vgs>5伏，MOSFET16導通點亮LED。當PWM1=0時，光耦電路13導通，光耦電路13的Vce=0伏，MOSFET16的G極接低電平，Vgs=0伏，MOSFET16截止關閉LED。由於PWM頻率很高，通過改變PWM1的脈衝占空比以達到調節亮度的目的。

主控器2接收到的控制信號的幀結構如表1所示。

表1控制信號幀結構。

序號	名稱	長度（位元組）	內容
0	幀頭	1	STX（0x02）
1	幀類型	1	見幀說明
2	數據長度	2	幀數據的長度
3	幀數據	n	-
4	校驗和	1	從幀頭到幀數據的校驗和
5	幀尾	1	ETX（0x03）

主控器2依據控制信號攜帶的幀結構分析控制信號的類型。例如：幀類型為0x41，表示控制信號為調節單個燈具的亮度值，而幀類型為0x42，表示控制信號為調節一個區域的燈具的亮度值。

需要說明的是：主控器2在接收到控制信號時，判斷信號的幀頭、幀類型、數據長度和幀數據之和是否與校驗和相等，如果相等，則表示接收到的控制信號正確，將正確幀標註為1，並備份該數據。當主控器2判斷其未接收到信號的時間超過預設時間時，表示信號接收完畢。此時，主控器2開始對控制信號進行分析。

分控器3包括控制器、第一RS485和第二RS485。其中：第一RS485和第二RS485分別於控制器連線。其結構示意圖如圖4所示，前端分控器3的第二RS485連線後端分控器3的第一RS485。兩個分控器3之間信號傳輸的具體過程為：正向數據傳輸（前端向後端傳送數據）：前端分控器3的第一RS485接收到來自其前端分控器3傳送的識別信號，將該識別信號傳送給控制器。控制器接收該識別信號，對識別信號進行判斷與控制例如：識別識別信號是否有效，當識別信號有效時，判斷信號類型，並將該識別信號通過第二RS485傳送給後端分控器3的第一RS485。後端分控器3在由其內的控制器對接收的信號進行處理後，再次通過其內的第二RS485傳送給其後端分控器3的第一RS485，依據上述方式，直至傳給最末端的分控器3。

反向數據傳輸（後端向前端傳送數據）：後端分控器3的控制器將自身的回響信號通過第一RS485傳送給前端分控器3的第二RS485。前端分控器3接收到該回響信號後對其進行判斷與控制例如：識別回響信號是否有效，當回響信號有效時，判斷信號類型，並將該回響信號通過自身的第一RS485傳送給其前端的分控器3，依據上述方式直至傳送給主控器2。

當然，該發明實施例提供的LED控制設備中分控器3還可以包括第三RS485，作為備用RS485。當第一RS485或者第二RS485出現故障時，由備用RS485替換。控制器可以為單片機或RAM（RandomAccessMemory，隨機存儲器）或EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，電可擦可程式唯讀存儲器）。

在實際使用環境中比如公路隧道中，LED控制設備需要控制多條線路的LED，每個線路中由一個主控器2和多個分控器3控制。由於具有多條線路，PC機1對每條線路所傳送的控制信號不同，此時，為了傳送PC機1傳送的控制信號給相對應的主控器2，該發明實施例所提供的LED控制設備還包括：連線在PC機1和主控器2之間的路由器4，如圖5所示。圖5所示的LED控制設備中PC機1、主控器2和分控器3的連線和構造與圖1所示的LED控制設備中PC機1、主控器2和分控器3的連線和構造相同，對此不再加以闡述。路由器4用於對控制信號進行分析，判定該控制信號所對應的主控器2，並傳送給對應的主控器2。

以單燈具調節為例介紹圖1所示的LED控制設備對LED的控制。假設路由器4接收到的控制信號的數據為：02410400000200509903，其中：02為幀頭，41為幀類型，表示控制信號為單燈調光，0400為幀數據長度—4個位元組，00為主控器編號—0號主控器，0200為燈具編號—2號燈具，50為燈具亮度—調節到80%，99為校驗和，表示接收到的數據正確，03為幀尾。路由器4接收到該控制信號後，識別該控制信號為0號主控器2的控制信號，因此，將該控制信號傳送給0號主控器2。主控器2接收到該控制信號，對其進行分析得到識別信號，並將識別信號傳送給分控器3。分控器3接收到該識別信號後，進行分析。用於控制2號LED的分控器3分析得出該識別信號是對其所控制的2號LED進行調光，將亮度調節到80%，因此，分控器3依據該識別信號調節2號LED的亮度至80%。

此外，有時線路的通信會中斷，導致分控器3無法接收到識別信號，進而無法再對LED進行控制。為了防止通信中斷所導致的無法對LED控制，LED控制設備中分控器3內還包括：從控制器，如圖5所示。從控制器內設定有初始控制信號，用於當後端分控器3未收到前端分控器3的返回信號的次數超過預設次數時，後端分控器3傳送其內設定的初始控制信號給其後端所有的分控器3，其後端所有的分控器3依據初始控制信號控制LED。該發明實施例中初始控制信號為：將LED的亮度調節到100%。另一方面為了通知PC機此處通信線路已經斷開，分控器3還包括：故障傳送器，如圖5所示。故障傳送器，用於當前端分控器未接收到後端分控器的聯絡信號的次數超過預設次數時，向主控器傳送離線信號，離線信號包括分控器的ID號和當前燈具的狀態。主控器接收並識別該信號以後，加入主控器ID號重新封裝並傳送給PC機，以使得PC機獲知哪條線路的哪個位置出現通信故障。

套用上述技術方案，多個分控器3與主控器2串聯，每增加一個分控器3時，分控器3需與其前端的一個器件的阻抗匹配，而不需與所有器件的阻抗匹配，因此，增加了分控器3的連線數量，進一步增加LED的安裝距離。

此外，當後端分控器3與前段分控器3之間的通信中斷時，由後端分控器向其後所有的分控器傳送初始控制信號控制LED，實現通信中斷後對LED的控制。同時，前端分控器向主控器傳送離線信號，主控器接收到此信號之後添加相應信息重新封裝傳送給PC機，以使得PC機獲知哪條線路的哪個位置出現通信故障，進而便於對通信線路的維護。

與上述實施例相對應，該發明實施例還提供一種LED控制方法，流程圖如圖6所示，包括：

• S101：主控器接收PC機傳送的控制信號，依據控制信號所攜帶的幀類型對所述控制信號分析得出識別信號，傳送識別信號；其中：主控器在接收到控制信號時，判斷信號的幀頭、幀類型、數據長度和幀數據之和是否與校驗和相等，如果相等，則表示接收到的控制信號正確，將正確幀標註為1，並備份該數據。當主控器判斷其未接收到信號的時間超過預設時間時，表示信號接收完畢。此時，主控器開始對控制信號進行分析。
• S102：分控器接收識別信號，參考識別信號對LED進行控制。
• S103：後端分控器向前端分控器傳送反饋信號；

當後端分控器與前端分控器通信中斷，後端分控器無法無法接收到控制信號，進而無法再對LED進行控制。為了避免通信中斷所導致的後端分控器無法對LED控制，該發明實施例提供的LED控制方法還包括：

• S104：後端分控器傳送線路查詢信號給前端分控器；
• S105：後端分控器接收前端分控器傳送的對應的返回信號；
• S106：當所述後端分控器未接收到所述返回信號的次數超過預設次數時，後端分控器傳送初始控制信號給後端的所有分控器；
• S107：後端分控器依據初始控制信號，控制LED。

此外，當通信中斷後，為了便於PC機獲知哪條線路的哪個位置出現通信故障，該發明實施例提供的LED控制方法還包括：

• S108：前端分控器未接收到後端分控器的線路查詢信號超過預設次數時，向主控器傳送離線信號。離線信號包括分控器的ID號和當前燈具的狀態。
• S109：主控器收到離線信號後重新封裝並傳送給PC機。其中：主控器將自身的主控器ID號封裝到離線信號內傳送給PC機。

榮譽表彰

2017年12月11日，《一種LED控制方法及設備》獲得第十九屆中國專利優秀獎。