МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
MODULAR SOLID-STATE LIGHTING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к твердотельному освещению и, в частности, к модульным системам твердотельного освещения.
Уровень техники
Монолитные системы освещения обычно не могут легко конфигурироваться, обслуживаться, расширяться, модернизироваться или ремонтироваться или без замены, или без изменения всей системы. В противоположность этому, модульные системы освещения содержат соединенные между собой компоненты, допускающие эффективное и гибкое проектирование системы, улучшенную расширяемость и экономически эффективное обслуживание.
Достижения в проектировании и улучшениях светового потока светоизлучающих устройств, таких как твердотельные полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды (LED), сделали эти устройства пригодными для использования в обычных применениях освещения, включающих в себя архитектурное, развлекательное и дорожное освещение. Функциональные преимущества и выгоды LED включают в себя преобразование большой энергии и высокую оптическую эффективность, надежность, более низкую стоимость эксплуатации и многие другие, делая источники света на основе LED все более конкурентоспособными с традиционными источниками света, такими как лампы накаливания, люминесцентные лампы и разрядные лампы высокой интенсивности. Также последние достижения в технологии LED и постоянно расширяющаяся возможность выбора длин волн LED обеспечили эффективные и надежные источники света на LED белого цвета и с изменением цвета, которые делают возможным множество эффектов освещения во многих применениях. Поэтому эффективные системы твердотельного освещения могут извлечь выгоду из проектирования модульных систем, которое обеспечивает новые пути взаимосвязанности компонентов и позволяет реализовывать и эксплуатировать системы сетей светильников легко и экономически эффективно.
Ранее был предложен ряд модульных систем твердотельного освещения. Многие известные решения, однако, основаны на системах управления, которые требуют замену модулей системы твердотельного освещения подобными или практически идентичными модулями этого же вида, что может быть нежелательным ограничением. Поэтому существует потребность в модульной системе твердотельного освещения, которая решает по меньшей мере данный недостаток существующих систем.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение модульной системы твердотельного освещения, в которой модули освещения являются легко заменяемыми и взаимозаменяемыми с модулями заданных совместимых типов. Конфигурация модульной системы обеспечивает возможность изменения или обслуживания системы посредством замены одного или нескольких модулей без обязательной необходимости замены всей системы. Различные типы модулей, включая модули, которые могут отличаться аппаратными или аппаратно-программными средствами или программными средствами или комбинацией одного или нескольких из аппаратных, программных и аппаратно-программных средств, могут объединяться для построения и функционирования модульной системы твердотельного освещения с заданным количеством различных светильников. Модули могут соединяться между собой в системы с многочисленными светильниками.
В основном, в одном аспекте, настоящее изобретение относится к модульной системе твердотельного освещения, включающей в себя модуль светоизлучающих элементов (LEEM), имеющий первое множество рабочих состояний и содержащий по меньшей мере один светоизлучающий элемент (LEE) для генерирования света, имеющего по меньшей мере один заданный параметр, под действием одного или нескольких сигналов возбуждения. Система дополнительно включает в себя ведомый модуль управления (SCM), работоспособно соединенный с LEEM и выполненный с возможностью приема сигналов, указывающих на по меньшей мере одно рабочее состояние из первого множества рабочих состояний; и модуль источника питания (PSM), работоспособно соединенный с SCM для подачи на него питания управляемым образом, причем PSM имеет второе множество рабочих состояний. SCM дополнительно выполнен с возможностью генерирования одного или нескольких сигналов возбуждения, основанных на по меньшей мере одном заданном параметре света и по меньшей мере одном рабочем состоянии из первого и/или второго множества рабочих состояний.
В другом аспекте, настоящее изобретение сосредотачивается на ведомом модуле управления (SCM) для использования в модульной системе твердотельного освещения, которая включает в себя модуль светоизлучающих элементов (LEEM), имеющий первое множество рабочих состояний и содержащий по меньшей мере один светоизлучающий элемент (LEE) для генерирования света, имеющего по меньшей мере один заданный параметр, под действием одного или нескольких сигналов возбуждения, и модуль источника питания (PSM), имеющий второе множество рабочих состояний. SCM работоспособно соединен с LEEM и PSM и выполнен с возможностью приема сигналов, указывающих по меньшей мере одно рабочее состояние из первого множества рабочих состояний; и генерирования одного или нескольких сигналов возбуждения, основанных на по меньшей мере одном заданном параметре света и на по меньшей мере одном рабочем состоянии из первого и/или второго множества рабочих состояний.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует блок-схему модульной системы твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2, 3 и 4 схематически иллюстрируют блок-схемы модульных систем твердотельного освещения согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 иллюстрирует примерный вариант осуществления ведомого модуля управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6А, 6В, 7А и 7В иллюстрируют различные виды примерных модулей на светоизлучающих элементах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 иллюстрирует подробности примерного корпуса светочувствительного датчика согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9-15 иллюстрируют схематику примерных компонентов модульной системы твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.16, 17 и 18 иллюстрируют примерную схему компонентов модулей светоизлучающих элементов согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.19-25 иллюстрируют принципиальные схемы примерных компонентов модульной системы твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.26-36 иллюстрируют принципиальные схемы примерных компонентов модульной системы твердотельного освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.37 иллюстрирует примерный ведущий узел микропроцессора связи и примерную схему согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.38 иллюстрирует примерный ведомый микропроцессор или микропроцессор подсистемы света и примерную схему согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.39 иллюстрирует примерный преобразователь постоянного тока и примерную схему обратной связи автокалибровки для канала красного цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.40 иллюстрирует примерный преобразователь постоянного тока и примерную схему обратной связи автокалибровки для канала зеленого цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.41 иллюстрирует примерный преобразователь постоянного тока и примерную схему обратной связи автокалибровки для канала синего цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.42 иллюстрирует примерный преобразователь постоянного тока и примерную схему обратной связи автокалибровки для канала янтарного цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.43 иллюстрирует схемы для примерной схемы связи RS485, примерной схемы управления напряжением преобразования постоянного тока, примерного моста SPI/I2C (последовательный интерфейс/интерфейс связи между интегральными схемами) и примерной цифровой схемы интерфейса ввода-вывода согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.44 иллюстрирует примерный драйвер LED постоянного тока и примерный источник опорного напряжения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.45 иллюстрирует примерный драйвер LED постоянного тока и примерный источник опорного напряжения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.46 иллюстрирует примерный стабилизатор 5 В и 3,3 В, примерную схему напряжения источника питания, примерный фильтр цифроаналоговой земли и примерный встроенный термистор согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Определения
Термин «светоизлучающий элемент» (LEE) используется для определения устройства, которое излучает излучение в области или комбинации областей электромагнитного спектра, например видимая область, инфракрасная или ультрафиолетовая область, при активизировании посредством приложения разности потенциалов к нему или пропускания тока через него, из-за, по меньшей мере частично, электролюминесценции. LEE могут иметь монохроматические, квазимонохроматические, полихроматические или широкополосные спектральные характеристики излучения. Примеры LEE включают в себя полупроводниковые, органические или полимерные светоизлучающие диоды (LED), LED с люминофорным покрытием и с оптической накачкой, нанокристаллические LED с оптической накачкой или другие подобные устройства, что легко понятно. Кроме того, термин «LEE» используется для определения заданного устройства, которое излучает излучение, например кристалл LED, и в равной степени может использоваться для определения комбинации заданного устройства, которое излучает излучение, вместе с кожухом или корпусом, внутри которого размещены заданное устройство или устройства.
Термин «твердотельное освещение» используется для ссылки на освещение, которое может использоваться для пространственных или декоративных или указательных целей и которое обеспечивается посредством промышленных источников света, таких как, например, арматура или светильники, которые, по меньшей мере частично, могут генерировать свет вследствие электролюминесценции.
Как используется в данном документе, термин «около» ссылается на отклонение +/-10% от номинального значения. Необходимо понять, что такое отклонение всегда включено в любое данное значение, предусмотренное в данном документе, упоминается ли оно конкретно или нет.
Если не определено иначе, все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют такое же значение, что и обычно понимаемые специалистом в данной области техники, к которой относится данное изобретение.
Настоящее изобретение обеспечивает модульную систему твердотельного освещения, содержащую модуль источника питания (PSM) для обеспечения питанием системы, модуль светоизлучающих элементов (LEEM), включающий в себя один или несколько светоизлучающих элементов (LEE), для обеспечения света под действием одного или нескольких сигналов возбуждения и ведомый модуль управления (SCM), работоспособно соединенный с LEEM и выполненный с возможностью обеспечения одного или нескольких сигналов возбуждения. SCM дополнительно выполнен с возможностью генерирования одного или нескольких сигналов возбуждения, основанных на требуемых характеристиках или некоторых заданных параметрах света и рабочих состояниях, включая некоторые рабочие характеристики, LEEM и/или PSM. Каждый модуль может обеспечивать одну или несколько функций. Модульная система твердотельного освещения опционально может содержать оптический модуль для генерирования заданного освещения, модуль интерфейса ввода-вывода для приема, передачи или трансляции данных и ведущий модуль управления для управления одним или несколькими SCM.
Фиг.1 иллюстрирует блок-схему модульной системы 10 твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как изображено, система 10 может содержать, например, ряд модулей, включая модуль 40 источника питания (PSM), LEEM 30, ведомый модуль 20 управления (SCM) для возбуждения LED, оптический модуль 60, модуль 70 интерфейса ввода-вывода и ведущий модуль 50 управления (MCM). Каждый модуль может содержать программные или аппаратно-программные средства или как программные, так и аппаратно-программные средства, включающие в себя соответствующие интерфейсы прикладного программирования для работы модулей. Каждый модуль может содержать или может быть работоспособно соединен с одним или несколькими пользовательскими интерфейсами (UI). Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, светильник может содержать по меньшей мере LEEM, SCM и PSM.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения модули являются легкозаменяемыми и взаимозаменяемыми на заданные совместимые типы модулей. Модульная конфигурация системы обеспечивает возможность изменения или обслуживания системы посредством замены одного или нескольких модулей без обязательной необходимости замены всей системы. Различные типы модулей, включая модули, которые могут отличаться аппаратными или аппаратно-программными или программными средствами, или комбинацией одного или нескольких из аппаратных, программных и аппаратно-программных средств, могут объединяться для построения и работы модульной системы твердотельного освещения с заданным количеством различных светильников. Модули могут соединяться между собой в системы с многочисленными светильниками.
Модульная система твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения может быть выполнена с возможностью управления иерархическим образом посредством применения одного или нескольких SCM в комбинации с одним или несколькими опциональными MCM. Модули опционально могут обеспечивать многочисленные функции для комплексного использования, которое допускает многочисленные системные функции. Модули могут иметь один или несколько интерфейсов ввода-вывода для обмена данными и для приема и передачи управляющих сигналов на заданные системы межсоединений или от них или для того, например, чтобы сделать возможными различные конфигурации межсоединений и сетевые топологии. Модули могут содержать опциональные пользовательские интерфейсы, например переключатели, ползунковые переключатели, кнопки, дисплеи, экраны или индикаторы или другие элементы, что может быть легко понятным для специалиста в данной области техники.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения различные системы твердотельного освещения с различными функциями могут монтироваться посредством объединения различных модулей или посредством применения различных конфигураций межсоединений или сетевых топологий. Заданные модули модульных систем твердотельного освещения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения могут конфигурироваться так, что они подвергаются автоматическому самоконфигурированию или реконфигурированию под действием заданных изменений конфигураций системы освещения.
Фиг.2, 3 и 4 иллюстрируют блок-схемы модульных систем твердотельного освещения (MSSLS) согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Необязательные компоненты, модули или соединения указаны пунктирными линиями. Как показано, MSSLS может содержать различное количество модулей в различных комбинациях или модулей, которые различным образом соединены между собой.
Как показано на фиг.2, MSSLS может содержать PSM 40, работоспособно соединенный с SCM 20, который, в свою очередь, может быть работоспособно соединен с LEEM 30. LEEM 30 может содержать опциональную память 33 калибровки, например, для хранения информации о рабочих состояниях LEEM 30. Память 33 калибровки может быть работоспособно соединена с SCM 20 для предоставления SCM 20 данных о рабочих характеристиках LEEM 30. Память 33 калибровки может опционально быть соединена с SCM 20 через соединение 245 для приема данных. Соединения 240 и 245 могут быть интегрально выполнены в виде единственного двунаправленного соединения (не показано), что легко понятно специалисту в данной области техники.
LEEM 30 может дополнительно содержать опциональную систему 37 датчика обратной связи, работоспособно соединенную с SCM 20 для предоставления заданных данных датчика. Система 37 датчика обратной связи может содержать ряд датчиков, например оптические датчики для восприятия части света, излучаемого посредством LEE в LEEM, или датчики температуры или прямого напряжения LEE для определения рабочей температуры LEE. LEEM 20 может быть работоспособно соединен с SCM 20 через соединение 235 для приема сигналов возбуждения LEE.
Как дополнительно показано, PSM 40 может быть выполнен с возможностью приема питания из приведенной соответствующим образом в определенное состояние электрической энергии через соответствующее соединение 210 питания. PSM может подавать электрическую энергию заданных форматов на SCM 20 через соединение 220. LEEM 30 может быть опционально соединен для приема питания от PSM 40 через оптическое соединение 225. Далее, SCM 20 может быть опционально соединен с PSM 40 через соединение 215, чтобы подавать управляющие сигналы на PSM 40 для управления, например, одним или несколькими выходными напряжениями или выходными токами PSM 40. SCM 20 может быть опционально соединен через межсоединение 250 с системой межсоединений (не показана) для приема или передачи сигналов DMX или иным образом сконфигурированных сигналов межсоединений.
Фиг.3 иллюстрирует модульную систему твердотельного освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, причем данный вариант осуществления MSSLS подобен изображенному на фиг.2. Как показано на фиг.3, PSM 40 может быть интегрально или модульно объединен с интерфейсом 310 ручного управления (MCI) в объединенный модуль 330 питания и управления (CPC). MCI может предоставлять ряд функций, как описано в данном документе, например, принимать пользовательский ввод 311 или обеспечивать, например отображать, информацию о системе пользователю. CPC 330 может быть работоспособно соединен с SCM 20 через соединение 320 для передачи информации о системе или пользовательского ввода между MCI 310 и SCM 20. MSSLS по фиг.3 в других отношениях подобна показанной на фиг.2.
Фиг.4 изображает модульную систему твердотельного освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, причем данный вариант осуществления MSSLS подобен тому, который изображен на фиг.2. Как показано на фиг.4, MCI 310 может быть работоспособно соединен с SCM 20 для приема пользовательского ввода 410. MCI также может использоваться для предоставления ряда функций, как описано, например, прием пользовательского ввода или обеспечение отображения информации о системе. MSSLS по фиг.4 в других отношениях подобна показанным на фиг.2 и 3.
Модуль источника питания (PSM)
Модуль источника питания (PSM) выполнен с возможностью преобразования электрической энергии первого формата, обеспечиваемого на входе, в электрическую энергию второго формата, обеспечиваемого на выходе. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен с возможностью подачи электрической энергии третьего или дополнительного формата на соответствующие дополнительные выходы. PSM может быть выполнен с возможностью преобразования мощности, предоставляемой заданными напряжениями, например, сети переменного тока, на входе в напряжения постоянного тока на одном или нескольких выходах. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен с возможностью подачи электрической энергии в формате постоянного тока на заданном выходе. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения PSM может содержать один или несколько из нескольких различных источников постоянного тока, например линейный источник постоянного тока, или другие источники стабилизированного или нестабилизированного постоянного тока, что легко понятно для специалиста в данной области техники.
Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен с виде управляемого PSM для обеспечения входа для приема одного или нескольких управляющих сигналов для управления одним или несколькими из одного или нескольких выходных напряжений или выходных токов. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен в виде самостабилизирующегося источника питания, который может обеспечивать ограничивающие ток или напряжение функции, что легко понятно для специалиста в данной области техники.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен с возможностью обеспечения одного или нескольких заданных напряжений или токов. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен с возможностью обеспечения ручного управления одним или несколькими выходными напряжениями или выходными токами или обоими, или он может содержать интерфейс для подключения PSM к подходящему пользовательскому интерфейсу, который может использоваться для управления заданными функциями PSM. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения PSM может быть выполнен в качестве программируемого PSM для обеспечения одного или нескольких заданных выходных напряжений или выходных токов или обоих.
Ведомый модуль управления (SCM)
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способность модульной системы твердотельного освещения адаптироваться к заданным системным конфигурациям может обеспечиваться, по меньшей мере частично, посредством применения соответствующим образом сконфигурированного SCM. Соответствующим образом сконфигурированный SCM может обеспечивать заданное количество автоадаптивных функциональных возможностей. Автоадаптивная функциональная возможность включает в себя способность системы автоматически подстраиваться к заданным изменениям номинальных рабочих характеристик заменяемых модулей, в то же время сохраняя способность поддерживать требуемое освещение и освещенность при рабочих состояниях. Кроме того, автоадаптивная функциональная возможность может включать в себя способность поддерживать требуемое освещение и освещенность при рабочих состояниях под действием флуктуаций напряжения или электрического тока, обеспечиваемого при помощи PSM. Она может включать в себя изменения, которые могут быть вызваны реакциями PSM на изменяющиеся требования по питанию системы.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения SCM может быть работоспособно соединен с PSM для приема электрического питания от PSM и для подачи сигналов возбуждения на LEEM и, таким образом, подачи питания на LEEM для возбуждения LEE. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения SCM может приводить в определенное состояние питание для подачи сигналов возбуждения на LEEM в видах, которые могут указывать токи возбуждения или напряжения возбуждения или как токи, так и напряжения для возбуждения LEE. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения SCM может подавать сигналы возбуждения на LEEM, который просто указывает токи возбуждения или напряжения возбуждения, необходимые для возбуждения LEE. В зависимости от конфигурации сигналов возбуждения LEEM, если потребуется, может преобразовывать сигналы возбуждения в токи возбуждения или напряжения возбуждения, необходимые для возбуждения LEE. Если потребуется, LEEM может быть работоспособно соединен с PSM для приема питания для работы LEE непосредственно от PSM, а не через SCM.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения SCM может быть выполнен с возможностью работы в широком диапазоне входных напряжений или входных токов, которые могут обеспечиваться посредством PSM. Например, SCM может быть работоспособно соединен со сконфигурированным соответствующим образом управляемым PSM, так что SCM может управлять выходным сигналом PSM.
Сигналы возбуждения
Сигналы возбуждения могут быть аналоговыми или цифровыми. Сигналы возбуждения могут обеспечивать информацию для генерирования одного или нескольких напряжений возбуждения или одного или нескольких токов возбуждения, или они сами могут обеспечивать одно или несколько напряжений возбуждения или токов возбуждения. Цифровые сигналы возбуждения могут содержать импульсные сигналы, например цифровые сигналы возбуждения с широтно-импульсной модуляцией (PWM), с импульсно-кодовой модуляцией (PCM), с битово-угловой модуляцией (BAM) или другие случайные цифровые сигналы возбуждения (RDS), что легко понятно для специалиста в данной области техники. Известно, что сконфигурированные соответствующим образом импульсные сигналы обеспечивают более точное и воспроизводимое управление над более широким диапазоном интенсивностей света, излучаемого посредством LEE при рабочих состояниях, чем для LEE, которые управляются аналоговыми сигналами.
Согласно нескольким различным вариантам осуществления настоящего изобретения сигналы возбуждения, токи возбуждения или напряжения возбуждения могут быть импульсными, PWM, PCM или другими, например, случайными асинхронными многоканальными PWM-сигналами возбуждения, или случайными цифровыми сигналами возбуждения (RDS). RDS может представлять собой случайно генерируемый цифровой сигнал, обеспечиваемый электронной схемой под управлением набора подпрограмм, реализованных, например, аппаратно-программными средствами. RDS может быть установлен на предварительно вычисленный рабочий цикл в реальном времени, который находится в пределах заданного времени, основываясь на данных, принятых от блока обработки.
Схема ограничения тока (CLC)
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения SCM может содержать схему возбуждения для генерирования токов возбуждения LED, которая может включать в себя схему ограничения тока (CLC) для подавления нежелательных выбросов тока возбуждения во время переходных процессов тока возбуждения. CLC может быть выполнена с возможностью подавления или практически исключения нежелательных выбросов тока возбуждения особенно при работе SCM в комбинации с PSM, когда PSM не обеспечивает функций ограничение тока. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения PSM может содержать, например, один или несколько источников постоянного тока или линейные источники постоянного тока или другие подходящие элементы, которые могут обеспечивать функцию ограничения тока. CLC может быть выполнена в виде интегрального или модульного компонента модульной системы твердотельного освещения согласно настоящему изобретению.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения CLC может быть выполнена с возможностью гарантирования, что токи возбуждения LEE остаются в пределах заданного диапазона токов возбуждения, например диапазона номинальных токов возбуждения, которые могут соответствовать номинальным рабочим состояниям одного или нескольких LEE в LEEM. CLC может применяться в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, чтобы исключить повреждение LEE или других деталей системы твердотельного освещения, которые иначе могут быть вызваны избыточными токами возбуждения. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения CLC может применяться для того, чтобы гарантировать точное управление с прямой связью интенсивностью света, излучаемого посредством LEE в рабочих состояниях. Управление с прямой связью в комбинации с функциональными возможностями ограничения тока могут применяться для того, чтобы способствовать управлению с прямой связью яркостью LEE в системах твердотельного освещения, управляемых высокочастотной широтно-импульсной модуляцией.
Автоматическая калибровка
В одном варианте осуществления настоящего изобретения SCM может оценивать соответствующие прямые напряжения для LEE во время процедуры автоматической калибровки и затем устанавливать на ранее калиброванные значения. Процесс калибровки определяет наименьшие прямые напряжения, которые требуются для каждого цветного канала LEE, чтобы обеспечить заданные токи возбуждения в каждом канале, в то же время поддерживая требуемый цвет и интенсивность света, излучаемого посредством LEE в каждом из заданного количества цветовых каналов LEE. Как известно, цветность света, излучаемого некоторыми типами LEE, также может нежелательно отклоняться от ее номинального значения, когда ток возбуждения ниже заданного минимального номинального тока возбуждения. Это может оказать влияние на конфигурацию и рабочие характеристики соответствующей процедуры автоматической калибровки.
Чтобы избежать перегрева, процедура калибровки может учитывать информацию о рабочей температуре LEE. Как известно в технике, прямые напряжения могут потребовать уменьшения с повышением рабочих температур LEE, чтобы сохранить таким же ток возбуждения. Рабочие температуры LEE могут быть получены из прямых напряжений LEE или, например, от датчиков температуры. Напряжения LEE могут восприниматься посредством ряда датчиков и схем, которые могут обеспечивать подходящий сигнал датчика на SCM. Может применяться программируемая схема с замкнутым контуром для определения, установки и поддержания прямых напряжений, которые должны подаваться на LEE.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения SCM может обращаться к памяти, связанной с LEEM, которая содержит информацию, относящуюся к светоизлучающим элементам, связанным с LEEM. Таким образом, SCM может активно обращаться к информации, которая может обеспечить средство для калибровки.
SCM дополнительно выполняется с возможностью управления входной мощностью и, по меньшей мере частично, уровнем световой отдачи LEE, основываясь на заданной взаимозависимости между входной мощностью и уровнем световой отдачи LEE. SCM дополнительно выполняется с возможностью управления потерями мощности и тепловыделением, как в модуле(ях) SCM, так и в LEE. SCM выполняется с заданным временем реакции, чтобы управлять описанными характеристиками, не вызывая нежелательных задержек или времени ожидания по меньшей мере части полезной световой отдачи. Нежелательные эффекты нагревания поэтому могут быть снижены, и может быть повышена общая эффективность системы. Повторные перекалибровки через соответствующее время работы могут эффективно поддерживать требуемую яркость и цветность света, излучаемого посредством LEE, и они могут обеспечивать хорошие рабочие характеристики системы и длительный срок службы системы. Например, даже небольшие повышения эффективности могут существенно снизить требования по питанию системы. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения автоадаптивный SCM, который может снизить требования по питанию системы на 10%, может понизить рабочие температуры модуля SCM на 10°С. Примерный вариант осуществления SCM изображен на фиг.5.
Различные варианты осуществления SCM могут быть адаптированы для управления различным количеством каналов LEE. Модули LEE могут быть спроектированы так, чтобы LEE были расположены или сгруппированы в каналы LEE, например, по номинальному цвету, если это требуется. Канал LEE может представлять собой, например, последовательное или другое соединение двух или более LEE. Канал LEE также может содержать более сложную комбинацию LEE и других устройств.
Фиг.5 иллюстрирует блок-схему SCM согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором SCM работоспособно соединен со светоизлучающими элементами LEEM. SCM содержит заданное количество каналов LEE (CHANy - причем y представляет собой номер канала) и заданное количество групп из одного или нескольких каналов LEE (GRx - причем х представляет собой номер группы). Различные каналы могут содержать различное количество LEE, и, например, конкретная группа LEE может содержать многочисленные LEE, идентифицированные многочисленными каналами. Номинальный цвет или интенсивность LEE в различных каналах или на канал могут быть различными.
SCM может независимо управлять до заданного количества каналов. SCM содержит центральный блок 510 обработки (CPU), схему 520 восприятия тока (CSC), схему 530 управления напряжением (VCC) и схему 540 выбора канала (CHSC). Управляющее устройство может быть подсоединено к одной или нескольким группам LEE, содержащим один или несколько каналов. Каждый канал может содержать LEE одинакового номинального цвета. SCM может опционально включать в себя схему 555 управления напряжением источника питания (PSVC) для управления выходным напряжением работоспособно подсоединенного PSM (не показан). SCM может устанавливать токи возбуждения LEE на канал в соответствии с типом LEE в канале.
SCM содержит CPU с двумя микропроцессорами 512 и 514, которые могут быть соединены между собой в архитектуру с многими ведущими узлами, например, при помощи указанных систем и интерфейсов 518 и 519 последовательных шин I2C и RS485. Каждый микропроцессор 512 или 514 может иметь свою собственную память и, опционально, может совместно использовать общую память 517.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения CPU может принимать и передавать данные с программируемой скоростью в цифровом формате по последовательному интерфейсу 511 RS485. CPU обрабатывает и преобразовывает входные данные в поток соответствующе форматированных инструкций для совместимого управления VCC 530 и CHSC 540.
Архитектура с многими ведущими узлами может быть реализована с использованием протокола многих ведущих узлов для связи между двумя микропроцессорами по системе последовательной шины I2C. Скорость передачи данных по системе шины I2C может программироваться. CPU обрабатывает инструкции в соответствии со способом адаптивного управления, например, для определения каждого минимального прямого напряжения, которое необходимо в соответствующем канале LEE, чтобы получить требуемый ток возбуждения LEE. CPU может быть выполнен с возможностью приема сигналов восприятия тока от CSC 520 и посылки инструкций на VCC 530 для обеспечения соответствующих прямых напряжений.
VCC может содержать одну или несколько подсистем управления напряжением (VCCx - причем x представляет собой номер подсистем) для каждой группы LEE и может преобразовывать цифровые входные сигналы в аналоговые выходные сигналы. VCC 530 может принимать адреса и команды от CPU 510 и может обрабатывать команды и обеспечивать соответствующие уровни выходного напряжения для каждой группы LEE, определяемые принятыми адресами. VCC может включать в себя энергозависимую или энергонезависимую память, в которой могут храниться адреса и команды.
PSVC 555 может применять систему цифроаналогового преобразования для приема данных в цифровом формате от CPU 510 и может подавать эту информацию на PSM. Например, она может быть выполнена с возможностью преобразования информации в аналоговый сигнал для подачи на усилитель рассогласования стабилизатора напряжения источника питания. SCM может быть выполнен с возможностью регулировки выходного напряжения работоспособно подсоединенного PSM (не показан) при помощи PSVC 555. PSVC 555 может подавать питание через CSC 520 на VCC 530.
CSC 520 может быть частью контура обратной связи по току и может преобразовывать токи возбуждения группы LEE в соответствующие аналоговые сигналы, которые могут представлять токи возбуждения. SCM может быть выполнен так, что каждый аналоговый сигнал может преобразовываться так, чтобы он соответствовал заданному диапазону величин, и затем преобразовывался из аналоговой в цифровую форму и обрабатывался. Как показано, аналого-цифровое преобразование может происходить в CPU 510 или альтернативно в отдельном устройстве (не показано). CSC 520 может опционально предоставлять информацию о напряжениях группы LEE.
CHSC 540 может применять цифровую схему для включения или отключения каналов в группах LEE в соответствии с принятыми инструкциями CPU. CHSC может содержать одну или несколько схем выбора канала (EN GRx) на группу LEE (GRx). Любой микропроцессор 512 или 514 CPU может обращаться к CHSC.
Модуль светоизлучающих элементов (LEEM)
Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения модуль светоизлучающих элементов (LEEM) включает в себя заданное количество LEE одного или нескольких заданных цветов, подложку, на которой LEE при функционировании расположены вдоль соответствующей схемы возбуждения, соответствующие соединения и интерфейсные компоненты. LEEM может быть выполнен с возможностью приема сигналов возбуждения для возбуждения LEE. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения LEEM может быть выполнен с возможностью преобразования сигналов возбуждения в токи возбуждения или напряжения возбуждения. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения LEEM может быть выполнен с возможностью использования надлежащих сигналов возбуждения для возбуждения LEE в рабочих состояниях. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения LEEM может опционально включать в себя интерфейс питания для приема электрической энергии подходящего формата. Во многих вариантах осуществления LEEM может быть выполнен так, чтобы допускать генерирование различных эффектов динамического изменения цвета и/или монохроматического света с изменяемой интенсивностью.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения LEEM может быть опционально выполнен с возможностью обеспечения или работоспособного соединения с системой памяти. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения система памяти может использоваться для хранения некоторого количества данных, касающихся, например, заданных рабочих состояний LEEM или компонентов LEEM, таких как номинальные или максимальные токи возбуждения или номинальные или максимальные рабочие температуры одного или нескольких LEE, данные калибровки прямого напряжения, данные оптической калибровки, предыстория использования или данные о старении, или информация об одном или нескольких оптических датчиках системы датчиков, и другие характеристики и параметры. Система памяти может содержать несколько различных типов энергонезависимой или энергозависимой памяти, включая постоянное запоминающее устройство (ROM), программируемое ROM (PROM), стираемое программируемое ROM (EPROM), электрически стираемое программируемое ROM (EEPROM), магнитную память, флэш-память или оптическую память, например, или другие виды устройств памяти, что легко понятно для специалиста в данной области техники.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения LEEM может содержать опциональную систему датчиков для обеспечения обратной связи о рабочих состояниях LEEM, например, на SCM. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения система датчиков может содержать один или несколько датчиков для восприятия заданной величины света, излучаемого одним или несколькими из одного или нескольких LEE в LEEM, или для, например, восприятия температуры или прямых напряжений одного или нескольких LEE для определения рабочих температур LEE.
Интерфейс ручного управления
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения заданные аспекты модульной системы твердотельного освещения могут управляться посредством одного или нескольких интерфейсов ручного управления (MCI). Один или несколько MCI могут быть модульно соединены между собой или монолитно интегрированы в другие модули системы освещения, такие как SCM или объединенный модуль питания и управления (CPC). CPC может содержать PSM, например, со съемной или заменяемой платой интерфейса. MCI может обеспечивать или может быть соединен с надлежащим количеством переключателей, кнопок, ползунковых переключателей, джойстиков, сенсорных панелей или компонентов пользовательского интерфейса на сенсорном экране с соответствующими элементами, экраном в комбинации с указательным устройством или клавиатурой, например, или другими компонентами пользовательского интерфейса, что легко понятно для специалиста в данной области техники.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения один или несколько MCI могут использоваться для управления светильником несколькими различными путями, например, посредством разрешения ввода координат цветности и значений интенсивности или посредством отдельного управления светом, излучаемым различными цветными LEE светильника, или посредством циклического повторения различных заданных рабочих состояний. Например, MCI может содержать три кнопки для управления характеристиками смешанного света, одна для изменения x-координаты цветности, одна для изменения y-координаты цветности и одна для изменения интенсивности. Нажатие на кнопку может или увеличивать, или уменьшать соответствующую характеристику заданным образом, например на заданную величину, или динамически, в зависимости от давления или времени, в течение которого нажата кнопка.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения MCI может содержать заданное количество кнопок для управления интенсивностями заданного количества цветов LEE, например красными, зелеными и синими (RGB) LEE в LEEM или светильнике, содержащем один или несколько LEEM. Альтернативно, например, две или три кнопки могут использоваться для управления индивидуальными интенсивностями RGB относительно друг друга в отношении опорного сигнала, и соответствующая третья или четвертая кнопка может использоваться для управления интенсивностью объединенного света. MCI также может содержать, например, две кнопки для просмотра заданных (предварительно установленных) состояний освещения светильника. Предварительно установленные состояния освещения могут сохраняться в памяти с подходящей емкостью хранения. Память может быть частью MCI или компонентом другого модуля. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предварительно установленные состояния освещения могут обеспечиваться при помощи системы межсоединений.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения MCI может быть выполнен с возможностью опциональной поддержки межсоединения модуля синхронизатора (ESM). ESM может использоваться для подачи общего сигнала привязки ко времени для одного или нескольких компонентов модульной системы твердотельного освещения, который может использоваться для синхронизации наступления нескольких различных событий в системе. Например, ESM может использоваться, чтобы способствовать выполнению программ динамического освещения, которые требуют синхронизированного переключения между различными предварительными установками в более чем одном светильнике.
Система межсоединений
Модули модульных систем твердотельного освещения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут соединяться между собой с целью обмена данными или управления сигналами несколькими различными путями посредством применения одной или нескольких из нескольких различных систем межсоединений. Например, SCM может быть соединен с PSM, или один или несколько SCM могут быть соединены с MCM.
Модули систем освещения согласно настоящему изобретению могут быть выполнены с возможностью поддержки нескольких систем межсоединений для обмена информацией и данными, включая DMX, цифровой адресный интерфейс освещения (DALI), дистанционное управление устройствами (RDM) или транспортную шину (TBUS), например, или других общеизвестных систем межсоединений. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения модули модульной системы твердотельного освещения могут быть выполнены с возможностью поддержки заданной одной или заданной комбинации из двух или более из DMX, DALI, RDM, TBUS, управления линией питания или других систем межсоединений.
Наборы команд систем межсоединений могут включать в себя функциональную возможность для передачи команд на один или несколько модулей прямым выделенным или широковещательным образом для управления рабочими состояниями модулей системы освещения, например для установки цветности или интенсивности, или предварительных установок интенсивности и цветности, а также для синхронизации требуемых переходов рабочих состояний в двух или более модулях. Полудуплексные или полнодуплексные системы межсоединений могут применяться для поддержки протоколов сообщений, которые позволяют модулям передавать данные на MCM, которые могут использоваться, например, для запроса рабочих состояний одного или нескольких модулей системы у MCM.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения может применяться система межсоединений управления линией питания. Управление линией питания может использовать сети распределения питания надлежащей топологии для физического соединения с другими модулями и обмена управляющими сигналами с ними в системе освещения. Например, управляющие сигналы в соответствии с протоколом управления линией питания могут накладываться на управляющие сигналы линии питания в системе линии питания, что легко понятно для специалиста в данной области техники.
Кроме того, различные системы межсоединений, совместно использующие один и тот же физический уровень, могут применяться в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Системы межсоединений для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения могут применять схемы симплексной, полудуплексной или полнодуплексной связи или, например, использовать формат сообщений и команд, равный или подобный, или отсутствующий или отличный от DMX, DALI, RDM или TBUS. Такие форматы сообщений могут включать в себя выделенные схемы адресования и протоколы сообщений и поддерживать, например, наборы команд, подобные или превосходящие те, которые широко применяются с DMX. Отмечается, что существует широкий спектр других видов систем межсоединений, известных в технике сетевой пересылки данных, которые могут применяться или быть подходящими для использования в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.
USITT DMX512-A (DMX) представляет собой основанную на RS-485 систему межсоединений, которая наиболее широко применяется для управления эффектами освещения в ряде применений, например при сценическом освещении. Как хорошо известно в технике, DMX был разработан Технической комиссией Института театральных технологий США (USITT). DMX был признан в качестве стандарта с 1986 г. с исправлениями в 1990 г. и 2004 г. DMX может использоваться в модульных системах твердотельного освещения согласно настоящему изобретению.
Один или несколько модулей модульной системы твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения могут содержать один или несколько интерфейсов, включая соединители, аппаратные средства поддержки связи и соответствующие программные или аппаратно-программные средства для установления соответствующих соединений с системой межсоединений. Модули, которые могут быть соединены с устройством управления DMX, которое может включать в себя, например, SCM, опционально могут быть выполнены с возможностью реагирования на команды, форматированные в соответствии с другими системами межсоединений, которые совместно используют физическую конфигурацию системы межсоединений. Такие модули могут автоматически обнаруживать, отформатированы ли команды в соответствии с DMX или другой системой межсоединений.
Один или несколько модулей модульных систем твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения могут опционально выполняться с возможностью соответствующей работы на основе команд, представляемых в форматах, соответствующих различным системам межсоединений. Такие команды могут использоваться для завершения некоторых этапов во время начального конфигурирования систем освещения, например назначения адресов DMX некоторым модулям, а также загрузки предварительных установок в модуль SCM. Согласно другому варианту осуществления адреса DMX, альтернативно, также могут устанавливаться вручную в модулях, которые обеспечивают соответствующие компоненты, такие как подходящее количество микропереключателей в корпусе с двухрядным расположением выводов или поворотных переключателей.
Ниже изобретение описывается с ссылкой на конкретные примеры. Понятно, что нижеследующие примеры предназначены для описания вариантов осуществления изобретения и не предназначены никоим образом для ограничения изобретения.
Примеры
Фиг.6А, 6В, 7А и 7В иллюстрируют примерный модуль LEE на виде сверху и сбоку. Фигуры иллюстрируют примерное положение корпуса датчиков света. Отмечается, что примерный модуль LEE в комбинации с оптическим модулем может быть разработан для конкретной цели освещения. Конфигурация примерного модуля LEE определяется, по существу, пространственным выравниванием в нем LEE. LEE двух или более различных номинальных цветов в модуле LEE могут, как правило, располагаться заданным образом, который может определять эффективность смешивания света, излучаемого различными LEE, или возможность модуля LEE способствовать созданию заданных цветных растров.
Фиг.8 иллюстрирует подробности корпуса светочувствительных датчиков. Фиг.6А, 6В, 7А и 7В изображают другие виды корпуса светочувствительных датчиков. Изображенный корпус светочувствительных датчиков обеспечивает четыре заданные расположения для размещения LEE. Корпус светочувствительных датчиков может выполняться с возможностью сбора заданных частей света от LEE в каждом из этих четырех положений и перенаправлять и опционально концентрировать этот свет в одном или нескольких заданных расположениях на поверхности корпуса светочувствительных датчиков для надлежащего экспонирования расположенных соответствующим образом светочувствительных датчиков. Другие варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя другие корпуса светочувствительных датчиков различной формы, расположения и с другим количеством положений LEE или положений датчиков.
Корпус светочувствительных датчиков способствует надлежащему выравниванию одного или нескольких оптических датчиков и гарантирует, что один или несколько датчиков захватывают надлежащие части света, излучаемого соответствующими LEE и, если присутствуют, LEE другого цвета в модуле LEE. Корпус светочувствительных датчиков может выполняться с возможностью, по меньшей мере частично, блокирования окружающего света. Корпус светочувствительных датчиков также может выполняться с возможностью оптической связи заданных датчиков с заданными LEE, т.е. на датчик, по меньшей мере заданная первая часть света от первых заданных LEE, но не заданная вторая часть света от LEE, исключая первые заданные LEE, достигает датчика.
Фиг.9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 изображают схематику примерных компонентов модульной системы твердотельного освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг.9 иллюстрирует схематику деталей ведомого модуля управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения. SCM включает в себя микроконтроллер, интерфейсную схему возбуждения и подсистему возбуждения LEE для возбуждения восемь каналов LEE. Интерфейсная схема возбуждения обеспечивает соединяемость с MCI, системой межсоединений и интерфейсом программирования. Интерфейс программирования может использоваться для обеспечения аппаратно-программных средств для SCM во время этапа конфигурирования. Интерфейсная схема возбуждения содержит схему интерфейса 4 кнопок/синхронизации. Примерная интерфейсная схема 4 кнопок/синхронизации изображена на фиг.10.
Фиг.11 изображает схематическое изображение схемы тока возбуждения с функцией ограничения тока возбуждения для использования в SCM согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Схема тока возбуждения включает в себя подсхему ограничения тока возбуждения, которая может ограничивать токи возбуждения в заданных пределах. Заданные пределы могут устанавливаться, чтобы избежать повреждения деталей модульной системы твердотельного освещения. Примерная схема может использоваться для того, чтобы избежать чрезмерных токов возбуждения, которые, в противном случае, могут иметь место во время работы SCM в комбинации с PSM, которые не могут соответствующим образом ограничивать электрический ток, подаваемый PSM. PSM, содержащие один или несколько линейных источников постоянного тока, например, однако, могут обеспечивать ограниченные токи возбуждения даже во время быстро изменяющихся состояний нагрузки.
Подсхема ограничения тока возбуждения может способствовать обеспечению стабильных амплитуд импульсов тока возбуждения и, следовательно, способствовать обеспечению стабильных рабочих состояний в модульных системах твердотельного освещения при управлении с прямой связью без оптической обратной связи согласно настоящему изобретению. Импульсные токи возбуждения со стабильными амплитудами, даже на высоких частотах импульсов, могут генерироваться посредством SCM согласно настоящему изобретению даже от PSM с импульсными источниками постоянного тока, но могут потребовать более сложных и дорогостоящих схем. Фиг.10-15 изображают другие компоненты модульной системы твердотельного освещения по фиг.9.
Фиг.16, 17 и 18 изображают схематику элементов трех примерных модулей LEE согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Каждый изображенный примерный LEEM включает в себя EEPROM для сохранения информации, которая может использоваться для калибровки LEEM, включая фотометрические и характеристические параметры старения и использования для LEE. Информация может считываться и использоваться посредством SCM, например, для поддержания соответствующих рабочих состояний при управлении LEEM. Информация может опционально обновляться.
Фиг.19-25 иллюстрируют схематику примерных компонентов системы освещения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.26-36 иллюстрируют схематику примерных компонентов системы освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.37-46 иллюстрируют схематику примерных компонентов системы освещения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.37 иллюстрирует примерный ведущий микропроцессор/микропроцессор связи и соответствующую примерную схему согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.38 иллюстрирует примерный ведомый микропроцессор/микропроцессор механизма света и примерную схему согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.39 иллюстрирует примерную схему преобразователя постоянного тока и обратной связи автокалибровки для канала красного цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.40 иллюстрирует примерную схему преобразователя постоянного тока и обратной связи автокалибровки для канала зеленого цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.41 иллюстрирует примерную схему преобразователя постоянного тока и обратной связи автокалибровки для канала синего цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.42 иллюстрирует примерную схему преобразователя постоянного тока и обратной связи автокалибровки для канала янтарного цвета согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.43 иллюстрирует примерные схемы для связи по стандарту RS485, контроллера напряжений преобразования постоянного тока, моста SPI/I2C и цифрового интерфейса ввода-вывода согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.44 иллюстрирует примерный драйвер LED постоянного тока и примерное опорное напряжение согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.45 иллюстрирует примерный драйвер LED постоянного тока и примерное опорное напряжение согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.46 иллюстрирует примерный стабилизатор 5 В и 3,3 В, примерную схему напряжений источника питания, примерный фильтр цифроаналоговой земли и встроенный термистор согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Характеристики и список деталей для примерных компонентов
Ниже представлен список примерных особенностей, достигаемых посредством перечисленных примерных деталей согласно вариантам осуществления настоящего изобретения:
В одном варианте осуществления примерные особенности системы включают в себя: несколько каналов, например, 3, 4, 6, 8 или 12, каждый со случайными цифровыми сигналами постоянного тока на частоте 100 кГц с программируемым отношением времени ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО для управления отдельными группами или цветами LEE, программируемый рабочий цикл, контур автокалибровки прямого напряжения и управления с обратной связью по току, использующий четыре программируемых преобразователя постоянного тока, схему управления напряжением источника питания, один или несколько микропроцессоров с опциональными интерфейсами SPI/I2C и периферийными схемами и, опционально, считывание температуры платы SCD и платы LEE.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения система включает в себя автотестирование схемы аппаратных средств (HW), ведущие и ведомые интерфейсы JTAG (Объединенной группы по автоматизации тестирования), используемые для загрузки прикладного кода, интерфейс RS485, до 1 Мбит/с, для внешних соединений, цифровые интерфейсы 4-кнопочного ввода-вывода, синхронизатора переменного тока и выбора адреса и напряжение постоянного тока +5 В и +3,3 В.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения система выполняет ведущий и ведомый прикладной код, включающий в себя следующие основные функции: генерирует сигнал RDS под управлением алгоритма RDS, реализует встроенный протокол связи SPI/I2C, выполняет автокалибровку, дистанционное управление источником питания, алгоритмы автотестирования HW, выполняет алгоритм снижения номинальных значений температуры, выполняет алгоритмы/протоколы интерфейса ввода-вывода и выполняет протокол сетевой связи с внешними устройствами.
Список запасных деталей
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения алгоритмы компенсации температуры и старения требуют ведущий микропроцессор с памятью 128 Кбайт.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения характеристики ведущего микропроцессора включают в себя: микропроцессор U1 - MC56F8145VFGE (Freescale/Motorola, 16-разрядный объединенный DSP & MCU (процессор цифровой обработки сигнала/микропроцессорное устройство управления), ядро на CPU 60 МГц и внутренней шиной, SPI, I2C, RS232, флэш-память 128 Кбайт, оперативное запоминающее устройство (RAM) 8 Кбайт, флэш-память загрузки 8 Кбайт.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения ведущий модуль SCD SSL MODULE включает в себя: двунаправленный интерфейс SCI (последовательный интерфейс связи), максимум 1 Мбит/с, ведущий-ведомый протокол связи SPI/I2C, управление схемой управления напряжением, алгоритм автокалибровки, алгоритм снижения номинальных значений температуры считывания температуры платы PCB и LEE, алгоритмы компенсации температуры и старения.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения поддержка связи включает в себя: двунаправленный интерфейс SCI 2×1 Мбит/с, интерфейс I2C 100 Кбит/с / 400 Кбит/с на кристалле, SPI, согласующий мост SPI/I2C, U3 Philips SC18IS600IPW.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения цифровой интерфейс ввода-вывода включает в себя: цифровой интерфейс для размещения внешней схемы одной или нескольких кнопок, синхронизатора, установки адреса, SWINT0…8, PRSTINCR, PRSTDIR, TXD0, RXD0.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения управление напряжением LEE включает в себя: U4 - цифровой потенциометр AD5254BRUZ50 I2C с четырьмя программируемыми выходами, устанавливающими входы для схемы управления напряжением (VCRED, VCGR, VCBL, VCAMB), U8 - цифровой потенциометр AD5258BRMZ1 - I2C с одним программируемым выходом, устанавливающим напряжение PS, аналого-цифровая обратная связь автокалибровки - CS_RED, CS_GREEN, CS_BLUE, CS_AMBER, VRED_LEE, VGREEN_LEE, VBLUE_LEE, VAMB_LEE.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения контролирование температуры включает в себя: аналого-цифровые входы TEMP1, TEMP2 - температура платы LEE, и TEMP3 - температура PCB.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения сброс включает в себя схему сброса при включении питания DS1818.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения интерфейс JTAG включает в себя: P1 интерфейс JTAG для загрузки прикладного кода во внутреннюю флэш-память.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения характеристики ведомого микропроцессора следующие: Freescale MC56F8013, 16-разрядный объединенный DSP & MCU, ядро CPU 32 МГц и внутренняя шина, SPI, I2C, RS232, флэш-память 16 Кбайт, RAM 4 Кбайта.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения аппаратно-программные средства включают в себя: SCM SSL MODULE Slave - механизм света и связь, источник случайного цифрового сигнала с программируемым отношением времени ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, протокол связи I2C и сигналы SCL и SDA.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема поддержки связи включает в себя I2C 100 Кбит/с / 400 Кбит/с на кристалле.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема генерирования сигналов возбуждения включает в себя: LEDCH_R1, LEDCH_G1, LEDCH_B1, LEDCH_A1, 4 х случайных цифровых сигнала с программируемым отношением времени ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, 100 КГц.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема сброса включает в себя Dallas DS1818 - схема сброса при включении питания.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема интерфейса JTAG включает в себя интерфейс JTAG для загрузки прикладного кода во внутреннюю FLASH, схему управления напряжением PS, U8 - энергонезависимый цифровой потенциометр AD5258, выход 0 В - 5 В. Алгоритм автокалибровки прямого напряжения устанавливает минимальное напряжение PS, необходимое для питания SCD SSL MODULE. Выходной сигнал представляет собой аналоговый сигнал, доступный на соединителе JP2, U8 соединен с интерфейсом I2C и управляется цифровым образом ведущим процессором.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема считывания температуры включает в себя: R201 - термистор 6.8K NCP18XW682J03RB, Murata, TEMP3 - аналоговый сигнал, отражающий температуру на плате, вход в встроенный в кристалл A/D, преобразователь ведущего процессора, TEMP3 обрабатывается алгоритмом снижения номинальных значений температуры.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема интерфейса LEE включает в себя: JP1 - 22 вывода, 2-1445120-2 Tyco, держатель MTA-50, монтаж в отверстие платы; вертикальный угол установки, оловянно-свинцовое покрытие, средняя линия (мм [дюйм])= 1,27 [0,050] - поляризованные VRED_LEE, VBL_LEE, VGR_LEE, VAMB_LEE - выходные сигналы схемы управления напряжением, приложенные к группам LEE, LEDOUT_xx - выходные сигналы драйверов постоянного тока, подсоединенных к цепочке LEE.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема контролирования температуры включает в себя TEMP1 и TEMP2 для восприятия температуры платы LEE, SDA, сигналов интерфейса SCL-I2C, которые соединяют EEPROM и фотодатчик, расположенный на плате LEE, VCC 3.3V - 3,3 В цифровые для памяти EEPROM и фоточувствительного кристалла, расположенного на плате LEE, VDDA3.3V - 3,3 В аналоговые, питает схемы считывания температуры, GND - цифровая земля, GNDA - аналоговая земля.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема интерфейса ввода-вывода RS485 включает в себя: J2.2, J2.3 - 1 Мбит/с RS485_AIN, RS485_BIN двунаправленный, J2.1 - экран.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема стабилизатора 5 В и 3,3 В включает в себя: LM2676S-5.0, National Semiconductor, понижающий стабилизатор 5 В, LM1117T-3.3, National Semiconductor, стабилизатор 3,3 В с низким падением напряжения.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения GND и GNDA включают в себя фильтр нижних частот для защиты аналоговой земли от шума, наводимого цифровыми схемами L6, L7, C105 … C107, C87, C88.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема VPSIN включает в себя VPSIN - напряжение, подаваемое источником питания. Подавитель напряжения переходного процесса TVS3, и два восстанавливаемых предохранителя Polyfuse используются для защиты SCD от напряжения выше 29 В (пробивное напряжение).
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема управления напряжением LEE включает в себя: U4 - цифровой потенциометр AD5254BRUZ50 I2C с четырьмя программируемыми выходами, устанавливающими входы на схему управления напряжением (VCRED, VCGR, VCBL, VCAMB), четыре выхода от 0 В до 5 В.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема моста SPI/I2C включает в себя: периферийные схемы I2C подсоединены к Master CPU при помощи U3, преобразователь SPI/I2C Philips SC18IS600IPW.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема интерфейса RS485 включает в себя: интерфейс RS485 поддерживает скорости передачи в бодах до 1 Мбит/с. Он двунаправленный и использует кристалл Analog Device ADM4853ARZ. Сигнал /RRDY1 устанавливает направление передачи данных, TVS1 & TVS2, SMAJ6.5CA и предохранители Polyfuse F1 & F2, MINISMDC014F-2 защищают интерфейс от перенапряжения и избыточного тока, RXD1 и TXD1 подсоединены к SCI1, одному из двух последовательных интерфейсов Master.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения цифровой интерфейс ввода-вывода включает в себя: Р3 содержит 14 выводов, которые подключаются к 4-кнопочной панели, синхронизатору переменного тока и линейным или поворотным переключателям для установки адреса SCD, когда он подключается к сети.
Хотя в данном документе были описаны и изображены несколько обладающих признаками изобретения вариантов осуществления, специалисты в данной области техники легко представят многочисленные другие средства и/или конструкции для выполнения назначения и/или получения результатов и/или одного или нескольких преимуществ, описанных в данном документе, и предполагается, что каждый такой вариант и/или модификация находится в пределах объема обладающими признаками изобретения вариантов осуществления, описанных в данном документе. Обычно специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в данном документе, как предполагается, являются примерными, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых применяются идеи изобретения. Специалист в данной области техники узнает, или может установить, используя не более чем общепринятое экспериментирование, многие эквиваленты для конкретных обладающих признаками изобретения вариантов осуществления, описанных в данном документе. Поэтому необходимо понять, что вышеприведенные варианты осуществления представлены только в качестве примера и что, в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, обладающие признаками изобретения варианты осуществления могут быть выполнены на практике иначе, чем конкретно описано и заявлено. Обладающие признаками изобретения варианты осуществления настоящего раскрытия относятся к каждому индивидуальному признаку, системе, изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанным в данном документе. Кроме того, любое объединение двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включено в обладающий признаками изобретения объем настоящего раскрытия.
Все определения, определенные и использованные в данном документе, должны пониматься как контролирующие словарные определения, определения в документах, включенных по ссылке, и/или обычные значения определенных терминов.
Элементы, используемые в данном документе в описании изобретения и в формуле изобретения в единственном числе, если ясно не указано противоположное, должны пониматься как означающие «по меньшей мере один».
Фраза «и/или», используемая в данном документе в описании изобретения и в формуле изобретения, должна пониматься как означающая «любой или оба» из элементов, объединенных таким образом, т.е. элементов, которые вместе присутствуют в некоторых случаях и отдельно присутствуют в других случаях. Многочисленные элементы, перечисленные с «и/или», должны истолковываться подобным образом, т.е. «один или более» из элементов, объединенных таким образом. Другие элементы могут опционально присутствовать за исключением элементов, конкретно определенных фразой «и/или», относящихся или не относящихся к этим элементам, конкретно определенным. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, ссылка на «А и/или В», когда она используется совместно с формулировкой открытого типа, такой как «содержащий», может относится, в одном варианте осуществления, только к А (опционально включая элементы кроме В); в другом варианте осуществления - только к В (опционально включая элементы кроме А); в еще другом варианте осуществления - как к А, так и к В (опционально включая другие элементы); и т.д.
Как используется в данном документе в описании изобретения и в формуле изобретения, «или» должно пониматься как имеющее то же значение, что и «и/или», как определено выше. Например, при разделении элементов в списке «или» или «и/или» должны интерпретироваться как включающие, т.е. включение по меньшей мере одного, но также включающие более одного, из ряда или списка элементов, и, опционально, дополнительные не перечисленные элементы. Только члены, ясно указанные противоположно, такие как «только один из» или «точно один из», или, при использовании в формуле изобретения, «состоящий из», ссылаются на включение точно одного элемента из ряда или списка элементов. Вообще термин «или», используемый в данном документе, должен интерпретироваться только как указывающий исключающие альтернативы (т.е. «один или другой, но не оба»), когда ему предшествуют термины исключительности, такие как «любой», «один из», «только один из» или «точно один из». Фраза «состоящий, по существу, из», когда она используется в формуле изобретения, должна иметь свое обычное значение, используемое в области патентного права.
Как используется в данном документе в описании изобретения и в формуле изобретения, фраза «по меньшей мере один», с ссылкой на список из одного или нескольких элементов, должна пониматься как означающая по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или нескольких элементов в списке элементов, но опционально включающая в себя по меньшей мере один из каждого и любого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов, и не исключающая никакие комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает то, что элементы могут опционально присутствовать кроме элементов, специально определенных в списке элементов, к которым относится фраза «по меньшей мере один», относящаяся или не относящаяся к этим элементам, специально определенным. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, «по меньшей мере один из А и В» (или, эквивалентно, «по меньшей мере один из А или В», или, эквивалентно, «по меньшей мере один из А и/или В») может ссылаться в одном варианте осуществления на по меньшей мере один, опционально включая более одного, А без присутствующего В (и, опционально, включая элементы, кроме В); в другом варианте осуществления на по меньшей мере один, опционально включая более одного, В без присутствующего А (и, опционально, включая элементы, кроме А); в еще другом варианте осуществления на по меньшей мере один, опционально включая более одного, А и по меньшей мере один, опционально включая более одного, В (и опционально включая другие элементы ); и т.д.
Также необходимо понять, что, если ясно не указано противоположное, в любом способе, заявленном в данном документе, который включает в себя больше одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не ограничивается обязательно порядком, в котором указаны этапы или действия способа.
В формуле изобретения, а также в описании изобретения выше, все переходные фразы, такие как «содержащий», «включающий в себя», «переносящий», «имеющий», «содержащий», «включающий в себя», «содержащий», «состоящий из» и т.п., должны пониматься как открытые, т.е. означать «включающий», но не «ограничивающий». Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий, по существу, из» должны быть закрытыми или полузакрытыми переходными фразами, соответственно.