МОБИЛЬНОЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам, содержащим источники света и схемы управления для создания визуально наблюдаемых объемных цветных изображений, и может быть использовано для организации светового шоу во время соревнований на стадионе.
Известно светотехническое устройство для динамического освещения [RU 2263356 С2, 2005], содержащее группы источников света и источник питания, отличающееся тем, что каждая группа источников света выполнена в виде светоизлучающего модуля, включающего один или несколько светодиодов, электронные ключи, через которые и соответствующие им балластные резисторы реализовано питание светодиодов, микроконтроллер, содержащий программы управления во времени яркостью и цветом светодиодов методом частотно-импульсной модуляции, управления электронными ключами и взаимодействия микроконтроллеров, включая синхронизацию их работы, входы/выходы модулей объединены электрической шиной, выходы заземлены, при этом модули объединены в пространственные структуры. Топология размещения и проводной связи между модулями, которые реализуют какую-либо конкретную задачу, где необходимы автоматы с обменом данных, зависит от этой задачи.
К недостаткам аналога можно отнести то, что конструктивное исполнение устройства не позволяет использовать его в качестве индивидуального (переносного, например, индивидуального устройства в руках фанатов при организации светового шоу на стадионах), схемное решение не позволяет осуществлять передачу сигнала управления на большие расстояния методом ретрансляции от схемы управления отдельных светоизлучающих модулей, например, по каналу радиосвязи или ультразвуковой связи.
В качестве прототипа выбрано электрическое устройство освещения для елок или вечеринок [DE 4120849 Al, 1993], содержащее несколько отдельных индивидуально расположенных источников света, в котором каждый источник света снабжен собственным электрохимическим источником питания и беспроволочным приемником сигнала, при этом, для одновременного управления включениями и выключениями этих приемников сигнала предусмотрен один беспроволочный передатчик. Источники света - лампы накаливания или светодиоды. Приемники и передатчик могут быть инфракрасными или ультразвуковыми или радиочастотными UKW-, MW- или LW. Схема управления (электронный переключатель), содержащая приемник, имеет выходы, соединенные с источником питания и источником света. Переключатель - полупроводниковое реле. Источник света выполнен в виде свечи. Имеет державку с механическим креплением.
К недостаткам прототипа можно отнести, во-первых, то, что для синхронизации работы всех устройств используется одно отдельное передающее устройство, требующее использования достаточно мощного источника сигнала в случае использования его для динамичного освещения больших развлекательных мероприятий, а во вторых то, что в светоизлучающем устройстве использован светодиод с одним спектром излучения, что не позволяет осуществлять большее количество разнообразных световых эффектов.
В предлагаемой полезной модели решается задача создания управляемого мобильного светотехнического устройства, в котором в качестве источников света применены светодиоды с различным спектром излучения, что позволяет использовать его для организации светового шоу на стадионах во время соревнований.
Технический результат - синхронизация работы множества отдельно расположенных на значительном расстоянии друг от друга групп таких устройств (ведущих и ведомых), за счет осуществления передачи сигнала управления как от ведущего устройства в группе, так и методом ретрансляции от схемы управления отдельных ведомых устройств по каналу связи другим группам ведомых устройств.
Дополнительный технический результат - возможность применения слабомощных безопасных средств связи.
Первый вариант мобильного светотехнического устройства для решения поставленной задачи содержит корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один источник света, схема управления, автономный блок питания и беспроволочное приемное устройство сигнала управления, выход которого соединен со схемой управления, соединенной в свою очередь с источником света через электронный ключ, при этом схема управления содержит микроконтроллер, выполняющий функции дешифратора сигнала управления принятого беспроволочным приемным устройством, устройства управления и блока задания режима работы.
Кроме того, в качестве источника света оно содержит светодиоды с одним спектром излучения, по меньшей мере, один светодиод.
Кроме того, в качестве источника света оно содержит светодиоды с различным спектром излучения, по меньшей мере, по одному светодиоду каждого спектра излучения, при этом
Кроме того, светодиоды с различным спектром излучения объединены, по меньшей мере, в две группы светодиодов для поочередного или одновременного включения каждой группы.
Кроме того, беспроволочное приемное устройство содержит беспроволочный приемник и усилитель сигнала управления.
Кроме того, в качестве беспроволочного приемника оно содержит радиоприемник или ультразвуковой датчик или датчик инфракрасного излучения.
Кроме того, корпус устройства имеет цилиндрическую форму, на одном из торцов которого закреплена плата, на которой расположен источник света, схема управления, усилитель сигнала управления, преобразователь напряжения и электронные ключи расположены на отдельной плате, расположенной под платой с источником света, при этом, по меньшей мере, один беспроволочный приемник расположен между вышеупомянутыми платами.
Второй вариант мобильного светотехнического устройства для решения поставленной задачи содержит корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один источник света, схема управления, автономный блок питания, беспроволочное приемное устройство сигнала управления, выход которого соединен со схемой управления, соединенной в свою очередь с источником света через ключ, и беспроволочный передатчик сигнала управления или его ретрансляции на аналогичные светотехнические устройства, соединенное со схемой управления, при этом схема управления содержит микроконтроллер, выполняющий функции дешифратора сигнала управления, шифратора сигнала управления, устройства управления и блока задания режима работы.
Кроме того, в качестве источника света оно содержит светодиоды с одним спектром излучения, по меньшей мере, один светодиод.
Кроме того, в качестве источника света оно содержит светодиоды с различным спектром излучения, по меньшей мере, по одному светодиоду каждого спектра излучения.
Кроме того, светодиоды с различным спектром излучения объединены, по меньшей мере, в две группы светодиодов для поочередного или одновременного включения каждой группы.
Кроме того, беспроволочное приемное устройство содержит беспроволочный приемник и усилитель сигнала управления.
Кроме того, в качестве беспроволочного приемника оно содержит радиоприемник или ультразвуковой датчик или датчик инфракрасного излучения.
Кроме того, в качестве беспроволочного передатчика сигнала оно содержит радиопередатчик или ультразвуковой передатчик или инфракрасный передатчик.
Кроме того, корпус устройства имеет цилиндрическую форму, на одном из торцов которого закреплена плата, на которой расположен, по меньшей мере, один источник света, схема управления, усилитель сигнала, преобразователь напряжения и ключи расположены на отдельной плате, расположенной под платой с источником света, при этом по меньшей мере, один беспроволочный приемник и, по меньшей мере, один беспроволочный передатчик расположены между вышеупомянутыми платами.
Третий вариант мобильного светотехнического устройства для решения поставленной задачи содержит корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один источник света, схема управления, автономный блок питания и беспроволочный передатчик для передачи сигнала управления на аналогичные светотехнические устройства, соединенный со схемой управления, которая в свою очередь соединена с источником света через электронный ключ, при этом схема управления содержит микроконтроллер, выполняющий функции шифратора сигнала управления, устройства управления и блока задания режима работы.
Кроме того, в качестве источника света оно содержит светодиоды с одним спектром излучения, по меньшей мере, один светодиод.
Кроме того, в качестве источника света оно содержит светодиоды с различным спектром излучения, по меньшей мере, по одному светодиоду каждого спектра излучения.
Кроме того, светодиоды с различным спектром излучения объединены, по меньшей мере, в две группы светодиодов для поочередного или одновременного включения каждой группы.
Кроме того, в качестве беспроволочного передатчика сигнала оно содержит радиопередатчик или ультразвуковой передатчик или инфракрасный передатчик.
Кроме того, корпус устройства имеет цилиндрическую форму, на одном из торцов которого закреплена плата, на которой расположен источник света, схема управления, преобразователь напряжения и ключи расположены на отдельной плате, расположенной под платой с источником света, при этом, по меньшей мере, один беспроволочный передатчик расположен между вышеупомянутыми платами.
Светотехническое устройство предназначено для организации светового шоу во время соревнований. Применительно к болельщикам российских команд - это набор белых, синих и красных светодиодов, подобные устройства могут быть выполнены и для болельщиков национальных команд других стран и для клубных фанатов (например, для болельщиков Спартака - это красно-белые цвета, Динамо - бело-синие и т.д.). Используются светодиоды высокой яркости и устройства синхронизации на основе радиочастотного или ультразвукового или инфракрасного канала связи с питанием светодиодов от DC-DC преобразователя. Вся схема работает под управлением контроллера, рассчитанного на питание от гальванических элементов - двух батареек по 1,5 В. Для каждого набора светодиодов программа настраивает свои параметры ШИМ модуляции преобразователя для поддержания требуемых токов в светодиодах (200 мА) при переключении с одного цвета и набора светодиодов на другой. Путем подбора параметров
ШИМ модуляции схему можно настроить и на другие токи светодиодов, но мощность, выдаваемая в светодиоды DC-DC преобразователем не должна превышать 1 Вт.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1а) приведен вид сверху конструктивного выполнения предлагаемого варианта мобильного светотехнического устройства, содержащего как приемник, так и передатчик и три группы светодиодов с различным спектром излучения.
На фиг.1б) приведен продольный разрез конструктивного выполнения предлагаемого варианта мобильного светотехнического устройства, содержащего как приемник, так и передатчик и три группы светодиодов с различным спектром излучения.
На фиг.2 приведена принципиальная схема варианта предлагаемого мобильного светотехнического устройства, содержащего как приемник, так и передатчик и три группы светодиодов с различным спектром излучения.
На фиг.3 приведена блок-схема варианта устройства, содержащая три группы светодиодов (мобильное светотехническое устройство для болельщиков российской футбольной команды).
На фиг.4 приведена блок-схема варианта устройства, содержащая две группы светодиодов (мобильное светотехническое устройство для болельщиков футбольной команды Спартак).
Устройство (фиг.1а и б) содержит цилиндрический корпус 1, плату с размещенными на ней источниками света 2 (три группы светодиодов с различным спектром излучения), блок питания (гальванические элементы) 3, плату со схемой управления 4, которая расположена под платой с источниками света 2 и расположенные между платами беспроволочные приемники 5 и передатчики 6 (2-4 ультразвуковых приемника и 2-4 ультразвуковых передатчика). На плате со схемой управления 4 размещены три пары контактов для электрической связи с источниками света (группами светодиодов), по паре контактов на одну группу светодиодов с определенным спектром излучения. Все элементы схемы управления, кроме ультразвуковых приемников 5 и передатчиков 6, монтируются на нижней стороне платы со схемой управления 4. Ультразвуковые датчики и передатчики на плате со схемой управления 4 устанавливаются на бок, лицевой стороной к краю платы для получения широкого угла обзора в горизонтальной плоскости. Количество приемников определяется диаграммой направленности.
На фиг.2 приведена принципиальная схема устройства:
- схема управления 8, реализована на базе микроконтроллера DD1 (MSP430F1101AIDW в корпусе 20-PIN SOWB), имеющего в своем составе устройства
захвата и сравнения, которые могут работать и как счетчики импульсов и как ШИМ модуляторы, выполняющее функции дешифратора, шифратора, блока задания режима, устройства управления электронными ключами VT1-VT5 (VT1 - ключ, который относится к передатчику ультразвуковому, VT2 - ключ ШИМ - модулятора блока питания светодиодов, VT3-VT5 ключи светодиодов).
- усилитель сигнала 9 ультразвуковых датчиков 5, реализован на ОУ DA1 типа TLV2252AQDRQ1 в корпусе SO-8;
- преобразователь напряжения DC-DC 10 для питания светодиодов 2 собран на VT2, L2.VD1.VD2, С10, СИ;
- ключи 11 для включения светодиодов 2 (транзисторы VT3, VT4 и VT5).
В качестве приемников сигнала управления 5 использованы пьезокерамические датчики BQ1, BQ2 (MA40B8R);
В качестве передатчиков сигнала управления 6 использованы пьезокерамические излучатели BQ3, BQ4 (MA40B8S).
Питание от гальванических элементов (1,8-3,6 В) подается на контакты Х9,Х10 микроконтроллера DD1. В состоянии ожидания сигнала на включение светодиодов микроконтроллер DD1 при помощи ШИМ модулятора подает импульсы с выхода Р1.2 (ножка 15) на преобразователь напряжения собранный на VT2, L2, VD1 и поддерживает напряжение 20 В на выходе преобразователя напряжения (конденсатор СИ). На вход Р1.1 (ножка 14), который в программе сконфигурирован как вход устройства захвата, подается с усилителя (собран на DA1 и VT6) ультразвуковой сигнал с пьезокерамических приемников (датчиков) BQ1, BQ2. При поступлении сигнала он фиксируется устройством захвата микроконтроллера DD1 и программа воспринимает его как команду на включение например, светодиодов VD3 белого цвета (открывает транзистор VT3, изменяет параметры ШИМ модуляции преобразователя напряжения для того, чтобы поддерживать требуемый ток в белых светодиодах) и одновременно начинает выдавать на затвор транзистора VT1 импульсы возбуждения и подкачки с частотой 40 кГц. Это приводит к генерации ретранслирующего ультразвукового импульса с пьезокерамических излучателей BQ3, BQ4 за счет энергии накопленной в конденсаторе С11. Индуктивность L1, пьезокерамические излучатели BQ3, BQ4 и конденсаторы С6, С7 формируют L-C цепочку, на которой и формируются синусоидальные импульсы 40 кГц. С задержкой 0,7с, отсчитываемой внутренним таймером микроконтроллера, снимается сигнал на включение белых светодиодов (VT3, VD3) и подается сигнал на включение синих светодиодов (VT4.VD4). Еще через 0,7 с выключаются синие и включаются на те же 0,7 красные светодиоды (VT5,VD5) (временные задержки легко меняются программно).
Светотехническое устройство работает следующим образом:
Применительно к болельщикам российских команд - это набор белых, синих и красных светодиодов. Блок-схема варианта устройства, содержащая три группы светодиодов приведена на фиг.3.
Ведущее устройство (вариант 2 или 3) подает зашифрованную команду (сигнал управления) ведомым устройствам (вариант 1 или 2). Алгоритм - работы ведущего устройства отличается от алгоритма работы ведомого устройства. Ведущее устройство включает светодиоды и подает команду (сигнал управления) ведомым устройствам, например, от кнопки (не показана), а не по команде пришедшей по беспроволочному каналу связи. При применении ультразвукового канала связи возможна подача команды (сигнала управления) при помощи свистка. Для каждой группы болельщиков свое шифрование на разных частотах, чтобы каждая из двух групп управляла своими устройствами независимо от другой. Применяемые пьезокерамические ультразвуковые датчики/излучатели конструктивно предназначены для работы на определенной частоте. Для перехода на другую частоту меняется их тип и программа настройки устройств захвата-сравнения контроллера. Ведомые устройства дешифруют команду и ретранслируют ее на другие устройства, что обеспечивает синхронизацию, и одновременно включают свои светодиоды. Группы светодиодов могут включаться в двух режимах.
- В первом режиме по сигналу ведущего устройства (устройства содержащего излучатель (передатчик) сигнала управления и необязательно содержащего приемник сигнала) или по ультразвуковому свистку ведущего шоу, ближние (к ведущему) ведомые (устройства содержащие и приемники и передатчики сигнала) устройства в руках болельщиков начинают включаться белым цветом и одновременно ретранслировать сигнал на включение аналогичных устройств далее по стадиону.
Таким образом, устройства в руках болельщиков практически одновременно включаются белым светом, а далее по очереди включаются синие и красные светодиоды символизируя российский флаг.
На этом цикл заканчивается, и устройство снова переходит в режим ожидания.
- Во втором режиме, требующем некоторых организационных усилий, верхние ряды российских болельщиков, при помощи перемычек (джамперов) на разъеме для программирования JTAG (в микроконтроллере функции входов JTAG совмещены с функциями обычных входов-выходов) или при помощи переключателя установленного на корпусе (не показан) и соединенного со схемой управления, переводят светотехническое устройство в режим свечения только белым светом, средние ряды - только синим, нижние - только красным. Далее подача команды на включение, синхронизация и ретрансляция команды на включение происходит, как и в первом режиме, но только в зоне размещения
российских болельщиков формируется изображение триколора целиком, а не три цвета по очереди, как в первом режиме.
Применительно к болельщикам команды Спартак - это набор белых и красных светодиодов. Блок-схема варианта устройства, содержащая две группы светодиодов приведена на фиг.4.