一种DMX512信号放大器及LED控制系统的制作方法

本实用新型涉及灯具控制领域，具体涉及一种dmx512信号放大器及led控制系统。

背景技术：

在户外led控制系统中，led控制器与灯具之间，或者灯具与灯具之间通常会有几十或者上百米的距离，远距离传输会引起信号失真，而且有可能遭遇雷击，导致整个led控制系统损坏。

现有的led控制系统中，只在用户端led控制器信号输出端口加入抗静电和高压脉冲保护，实现信号的隔离，但灯具与灯具之间无法实现信号隔离，相互连接的多个灯具之间容易因某个灯具损坏导致其他灯具无法正常工作，整个led控制系统安全性和稳定性差。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种dmx512信号放大器及led控制系统，解决现有led控制系统中灯具与灯具之间无法实现信号隔离，安全性和稳定性差的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种dmx512信号放大器，用于led控制器与灯具之间或灯具与灯具之间的信号隔离，所述dmx512信号放大器包括用于对信号的输入和输出进行隔离的信号隔离模块，与信号隔离模块的输入端连接且作为前级输入的差分信号输入处理模块和地址信号输入处理模块，以及与信号隔离模块的输出端连接且作为后级输出的差分信号输出处理模块和地址信号输出处理模块，其中，

所述差分信号输入处理模块对输入的差分信号进行整形处理，将输入的差分信号转换为对应的ttl信号，并通过信号隔离模块传输至差分信号输出处理模块，所述差分信号输出处理模块将转换得到的ttl信号转换为对应的差分信号后输出；

所述地址信号输入处理模块对输入的地址信号进行整形处理，并通过信号隔离模块传输至地址信号输出处理模块，所述地址信号输出处理模块对整形处理后的地址信号进行输出。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述dmx512信号放大器还包括用于对转换后的ttl信号和整形处理后的地址信号进行等延时处理的信号同步模块，所述差分信号输出处理模块和地址信号输出处理模块均通过信号同步模块与信号隔离模块的输出端连接。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述dmx512信号放大器还包括用于提供电压的电源稳压模块和电源隔离模块，所述差分信号输入处理模块和地址信号输入处理模块均与电源稳压模块连接，所述差分信号输出处理模块和地址信号输出处理模块均通过电源隔离模块与电源稳压模块连接，以进行前级输入与后级输出的电源隔离。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述信号隔离模块包括光电耦合器单元，所述光电耦合器单元将输入的ttl信号和地址信号耦合到输出端，对应传输至差分信号输出处理模块和地址信号输出模块。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述差分信号输入处理模块包括输出端与所述信号隔离模块的输入端连接的差分信号比较器单元，所述差分信号比较器单元将输入的差分信号转换为对应的ttl信号，并传输至信号隔离模块。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述差分信号输入处理模块还包括依次串联的自恢复保险丝f1、双向瞬态抑制二极管d1和自恢复保险丝f2，以及单向瞬态抑制二极管d2、单向瞬态抑制二极管d3、上拉电阻r1、和下拉电阻r2，所述单向瞬态抑制二极管d2的正极接地，负极连接至自恢复保险丝f1与双向瞬态抑制二极管d1的连接节点，所述单向瞬态抑制二极管d3的正极接地，负极连接至双向瞬态抑制二极管d1与自恢复保险丝f2的连接节点，所述上拉电阻r1的一端与差分信号比较器单元的一输入端连接，另一端连接电源，所述下拉电阻r2一端与差分信号比较器单元的另一输入端连接，另一端接地。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述差分信号输出处理模块包括输入端与所述信号隔离模块的输出端连接的ttl逻辑电平处理器单元，所述ttl逻辑电平处理器单元将输入的ttl信号转换为对应的差分信号，并将差分信号输出。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述差分信号输出处理模块还包括依次串联的自恢复保险丝f3、双向瞬态抑制二极管d4和自恢复保险丝f4，以及单向瞬态抑制二极管d5、单向瞬态抑制二极管d6、上拉电阻r3、和下拉电阻r4，所述单向瞬态抑制二极管d5的正极接地，负极连接至自恢复保险丝f3与双向瞬态抑制二极管d4的连接节点，所述单向瞬态抑制二极管d6的正极接地，负极连接至双向瞬态抑制二极管d4与自恢复保险丝f4的连接节点，所述上拉电阻r3的一端与ttl逻辑电平处理器单元的一输出端连接，另一端连接电源，所述下拉电阻r4的一端与ttl逻辑电平处理器单元的另一输出端连接，另一端接地。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述地址信号输入处理模块包括用于对前级输入的地址信号进行整形处理的施密特触发器单元。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种led控制系统，包括led控制器和至少一灯具，还包括如上述任一所述的dmx512信号放大器，所述dmx512信号放大器设于led控制器与灯具之间，或者一灯具与另一灯具之间。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，通过设置差分信号输入处理模块、地址信号输入处理模块、差分信号输出处理模块、地址信号输出处理模块以及信号隔离模块，差分信号输入处理模块和地址信号输入处理模块对对应接收到的差分信号和地址信号进行整形处理，整形处理后的信号经信号隔离模块传输至后级的差分信号输出处理模块和地址信号输出处理模块，实现差分信号和地址信号在前级输入与后级输出的隔离，从而实现所应用的led控制系统中led控制器与灯具之间、灯具与灯具之间的信号隔离，实现单总线上的多点保护，提高led控制系统的安全性和稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的led控制系统(dmx512信号放大器应用于led控制器与灯具之间)的结构框图；

图2是本实用新型的led控制系统(dmx512信号放大器应用于灯具与灯具之间)的结构框图；

图3是本实用新型的dmx512信号放大器的结构框图；

图4是本实用新型的电源隔离模块的电路示意图；

图5是本实用新型的差分信号输入处理模块的电路示意图；

图6是本实用新型的差分信号输入处理模块的差分信号转换特性图；

图7是本实用新型的差分信号输出处理模块的电路示意图；

图8是地址信号的波形图；

图9是本实用新型地址信号输入处理模块电压传输特性图；

图10是本实用新型的地址信号输入处理模块的电路示意图；

图11是本实用新型的地址信号输出处理模块的电路示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

本实用新型的dmx512信号放大器200应用于led控制系统中，led控制系统还包括led控制器100和至少一灯具300，dmx512信号放大器200设于led控制器100与灯具300之间，如图1所示，用于led控制器100与灯具300之间的信号隔离；或者设于灯具300与灯具300之间，如图2所示，用于灯具300与灯具300之间的信号隔离，提高led控制系统的安全性和稳定性。

如图3所示，本实用新型提供一种dmx512信号放大器200的优选实施例。

参考图3，所述dmx512信号放大器200包括用于对信号的输入和输出进行隔离的信号隔离模块50，与信号隔离模块50的输入端连接且作为前级输入的差分信号输入处理模块10和地址信号输入处理模块20，以及与信号隔离模块50的输出端连接且作为后级输出的差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40，其中，所述差分信号输入处理模块10对输入的差分信号进行整形处理，将输入的差分信号转换为对应的ttl信号，并通过信号隔离模块50传输至差分信号输出处理模块30，所述差分信号输出处理模块30将转换得到的ttl信号转换为对应的差分信号后输出；所述地址信号输入处理模块20对输入的地址信号进行整形处理，并通过信号隔离模块50传输至地址信号输出处理模块40，所述地址信号输出处理模块40对整形处理后的地址信号进行输出。

通过在前级输入设置差分信号输入处理模块10对输入的差分信号进行整形处理，将差分信号转换为对应的ttl信号，地址信号输入处理模块20对输入的地址信号进行整形处理，且在后级输出设置地址信号输出处理模块40和差分信号输出处理模块30，分别对差分信号和地址信号进行整形输出，并在前级输入与后级输出之间设置信号隔离模块50，实现前级输入与后级输出的信号隔离，从而实现所应用的led控制系统中led控制器100与灯具300之间、灯具300与灯具300之间的信号隔离，实现单总线上的多点保护，提高led控制系统的安全性和稳定性。

其中，在led控制系统中，led控制器100与灯具300之间，或者灯具300与灯具300之间通常会有几十或者上百米的距离，信号在远距离传输或者在较强磁场环境下易造成数字信号失真，在前级输入设置差分信号输入处理模块10对差分信号进行整形处理，地址信号输入处理模块20对地址信号进行整形处理，使输出信号能够被led控制系统中的led控制芯片所解码，避免信号失真对led控制系统造成影响，进一步提高led控制系统的安全性和稳定性。dmx512信号放大器200设于led控制器100与灯具300之间时，led控制器100与dmx512信号放大器200的差分信号输入处理模块10和地址信号输入处理模块20连接，将差分信号传输至差分信号输入处理模块10，将地址信号传输至地址信号输入处理模块20，dmx512信号放大器200的差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40与灯具连接，输出差分信号和地址信号至灯具，对灯具进行控制；dmx512信号放大器200设于灯具300与灯具300之间时，一灯具300与dmx512信号放大器200的差分信号输入处理模块10和地址信号输入处理模块20连接，将差分信号传输至差分信号输入处理模块10，将地址信号传输至地址信号输入处理模块20，另一灯具300与dmx512信号放大器200的差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40，接收差分信号传输至差分信号。

本实施例中，为降低灯具300在写地址及写参数时的误判断，提高写址成功率，所述dmx512信号放大器200还包括用于对转换后的ttl信号和整形处理后的地址信号进行等延时处理的信号同步模块60，所述差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40均通过信号同步模块与信号隔离模块50的输出端连接。具体地，所述信号同步模块60可采用多级信号缓冲器，将信号隔离模块50输出的ttl信号和地址信号进行等延时处理，解决输入差分信号与地址信号之间存在的传输延迟问题。

进一步地，所述dmx512信号放大器200还包括用于提供电压的电源稳压模块70，所述电源稳压模块70分别与差分信号输入处理模块10、地址信号输入处理模块20、差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40连接。所述电源稳压模块70可采用降压型拓扑结构的电路，适应较宽的外部输出电压，在外部电源输出电压过高的场景下，电源稳压模块70启动降压工作方式，在外部电源输出电压欠压的场景下，电源稳压模块70启动升压工作方式，输出稳定的5v电压，为差分信号输入处理模块10、地址信号输入处理模块20、差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40提供稳定的工作电压。

进一步地，所述dmx512信号放大器200还包括电源隔离模块80，所述差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理模块40均通过电源隔离模块80与电源稳压模块70连接。电源隔离模块80将电源稳压模块70的输出电压经隔离后为后级的差分信号输出处理模块30、地址信号输出处理模块40和信号同步模块60供电，实现前级输入电路和后级输出电路之间的供电电源隔离。采用电源隔离和信号耦合隔离相结合的方式，输入信号与输出信号之间无电气连接，使前级输入信号的处理与后级输出信号的处理单独工作，互不影响，因此，后级输出信号上的高压脉冲不会对前级信号源造成干扰和损坏，提高整体系统的安全性和稳定性。另外，所述信号同步模块60亦通过电源隔离模块80与电源稳压模块70连接，获取工作电压。

具体地，参考图4，所述电源隔离模块80包括稳压芯片b0505su1、电阻r5和电容c1，电阻r5和电容c1并联设置于稳压芯片b0505su1的引脚3和引脚4之间。电阻r5作为功率匹配电阻，使得电源隔离模块80能够工作在高效率输出模式下，电容c1能起到滤波作用。

本实施例中，所述信号隔离模块50包括光电耦合器单元，所述光电耦合器单元将输入的ttl信号和地址信号耦合到输出端，对应传输至差分信号输出处理模块30和地址信号输出处理40模块。采用光电耦合器单元应用耦合技术结合前述的电源隔离，实现前级输入与后级输出的信号隔离和电源隔离。

参考图5，本实施例中的差分信号输入处理模块10包括输出端与所述信号隔离模块50的输入端连接的差分信号比较器单元，所述差分信号比较器单元将前级输入的差分信号转换为对应的ttl信号，并传输至信号隔离模块50。

进一步地，所述差分信号输入处理模块10还包括依次串联的自恢复保险丝f1、双向瞬态抑制二极管d1和自恢复保险丝f2，以及单向瞬态抑制二极管d2、单向瞬态抑制二极管d3、上拉电阻r1、和下拉电阻r2，所述单向瞬态抑制二极管d2的正极接地，负极连接至自恢复保险丝f1与双向瞬态抑制二极管d1的连接节点，所述单向瞬态抑制二极管d3的正极接地，负极连接至双向瞬态抑制二极管d1与自恢复保险丝f2的连接节点，所述上拉电阻r1的一端与差分信号比较器单元的一输入端连接，另一端连接电源，所述下拉电阻r2一端与差分信号比较器单元的另一输入端连接，另一端接地。该电源可以是由电源稳压模块提供。

其中，所述差分信号比较器单元采用第一芯片sm485u2中的差分信号比较器。具体地，上拉电阻r1的一端和自恢复保险丝f1与单向瞬态抑制二极管d2的连接节点连接至第一芯片sm485u2的引脚6，下拉电阻r2的一端和双向瞬态抑制二极管d1与自恢复保险丝f2的连接节点连接至第一芯片sm485u2的引脚7，前级输入的差分信号的a+信号经自恢复保险丝f1输入至第一芯片sm485u2的引脚6，b-信号经自恢复保险丝f2输入至第一芯片sm485u2的引脚7，差分信号经第一芯片sm485u2内部的差分信号比较器转换为对应的ttl信号，并由第一芯片sm485u2的引脚1输出至信号隔离模块50。在连续的高压脉冲下，自恢复保险丝f1和自恢复保险丝f2断路，防止后级双向瞬态抑制二极管d1、单向瞬态抑制二极管d2和单向瞬态抑制二极管d3因吸收过多的高压脉冲能量而发热损坏；信号稳定之后，自恢复保险丝f1和自恢复保险丝f2呈低阻抗，对输入信号无影响。单向瞬态抑制二极管d2和单向瞬态抑制二极管d3的设置可防止第一芯片sm485u2受到高压高频电磁脉冲的瞬间冲击，对第一芯片sm485u2起保护作用。本实施例中，所述差分信号输入处理模块10还包括电阻r6，电阻r6的一端连接至第一芯片sm485u2的引脚7，另一端连接至电源。该电源可以是由电源稳压模块提供。

在本实施例中，差分信号电压输入输出电压特性可参见图6，其中，差分信号a+信号的电压定义为va，差分信号b-信号的电压定义为vb，va-vb≥200mv时,输出电压vout＝vcc为逻辑1，vb-va≥200mv时，输出电压vout＝0为逻辑0,此输入特性兼容rs485电平，有着很强的抗共模干扰能力，可应用于rs485单工通讯领域。

本实施例中，差分信号输出处理模块30包括输入端与所述信号隔离模块50的输出端连接的ttl逻辑电平处理器单元，所述ttl逻辑电平处理器单元将输入的ttl信号转换为对应的差分信号，并将差分信号输出。

进一步地，参考图7，所述差分信号输出处理模块30还包括依次串联的自恢复保险丝f3、双向瞬态抑制二极管d4和自恢复保险丝f4，以及单向瞬态抑制二极管d5、单向瞬态抑制二极管d6、上拉电阻r3、和下拉电阻r4，所述单向瞬态抑制二极管d5的正极接地，负极连接至自恢复保险丝f3与双向瞬态抑制二极管d4的连接节点，所述单向瞬态抑制二极管d6的正极接地，负极连接至双向瞬态抑制二极管d4与自恢复保险丝f4的连接节点，所述上拉电阻r3的一端与ttl逻辑电平处理器单元的一输出端连接，另一端连接电源，所述下拉电阻r4的一端与ttl逻辑电平处理器单元的另一输出端连接，另一端接地。该电源可以是由电源稳压模块提供。

其中，所述ttl逻辑电平处理器单元采用第二芯片sm485u3中的ttl逻辑电平处理器，ttl逻辑电平处理器将信号隔离模块50输出的ttl信号转换为对应的差分信号。具体地，上拉电阻r3的一端和自恢复保险丝f4与单向瞬态抑制二极管d6的连接节点连接至第二芯片sm485u3的引脚6，下拉电阻r4和自恢复保险丝f3与单向瞬态抑制二极管d4的连接节点连接至第二芯片sm485u3的引脚7。在连续的高压脉冲下，自恢复保险丝f3和自恢复保险丝f4断路，防止双向瞬态抑制二极管d4、单向瞬态抑制二极管d5和单向瞬态抑制二极管d6因吸收过多的高压脉冲能量而发热损坏；信号稳定之后，自恢复保险丝f3和自恢复保险丝f4呈低阻抗，对输出信号无影响。单向瞬态抑制二极管d5和单向瞬态抑制二极管d6的设置可防止第二芯片sm485u3受到受到高压高频电磁脉冲的瞬间冲击，对第二芯片sm485u3起保护作用。信号隔离模块50输出的ttl信号输出至第二芯片sm485u3的引脚4，经第二芯片sm485u3内部的ttl逻辑电平处理器转换为对应的差分信号，a+信号经自恢复保险丝f4的支路输出，b-信号经自恢复保险丝f3的支路输出。

本实施例中，所述地址信号输入处理模块20包括用于对前级输入的地址信号进行整形处理的施密特触发器单元。施密特触发器单元有两个稳定状态，采用电位触发方式，其状态由输入信号维持，对于负向递减和正向递增两个不同变化方向的输入信号，施密特触发器单元有不同的阈值电压采用施密特触发器作为地址信号的输入级，能够对不平整的数字信号进行整形。其中，施密特触发器单元的输入电压传递特性可参考图8和图9，地址输入信号电压从u-经过0点上升到u+，对应输出电压为u0h，地址信号从u+经过vcc下降到u-，对应输出电压为u0l。电压传输特性中滞回电压δvt＝vt+-vt-＝vcc/3。

具体地，参考图10，所述施密特触发器单元采用芯片74lvc1g17u4，所述地址信号输入处理模块20还包括自恢复保险丝f5、单向瞬态抑制二极管d7、电阻r6和电容c2，自恢复保险丝f5的一端连接至芯片74lvc1g17u4的引脚2，电阻r6与单向瞬态抑制二极管d7串联连接于电源稳压模块70与地端之间且与电容c2并联，且电阻r6与单向瞬态抑制二极管d7的连接节点连接至芯片74lvc1g17u4的引脚2，芯片74lvc1g17u4的引脚5连接至电源稳压模块70，引脚3连接地端。前级输入的地址信号经自恢复保险丝f5输入至芯片74lvc1g17u4进行整形后从引脚4输出整形后的地址信号至信号隔离模块50。单向瞬态抑制二极管d7防止芯片74lvc1g17u4受到高能量的瞬间冲击，对芯片74lvc1g17u4起保护作用。在连续的高压脉冲下，自恢复保险丝f5断路，防止后级单向瞬态抑制二极管d7因吸收过多的高压脉冲能量而发热损坏，信号稳定之后，自恢复保险丝f5呈低阻抗，对输入信号无影响。

参考图11，本实施例中的地址信号输出处理模块40包括用于将整形处理后的地址信号推挽输出的推挽输出电路单元。推挽输出电路单元可以提高地址线的输出带载能力。具体地，推挽输出电路单元采用芯片74lvc2g17u5，芯片74lvc2g17u5的引脚3输入信号隔离模块50输出的地址信号，所述地址信号输出处理模块40还包括自恢复保险丝f6、单向瞬态抑制二极管d8和电容c3，自恢复保险丝f6的一端连接至芯片74lvc2g17u5的引脚4，单向瞬态抑制二极管d8的正极接地，负极连接至芯片74lvc2g17u5的引脚4。信号隔离模块50输出的地址信号将芯片74lvc2g17u5的引脚4输入，由芯片74lvc2g17u5推挽输出经自恢复保险丝f6输出。单向瞬态抑制二极管d8防止芯片74lvc2g17u5受到高能量的瞬间冲击，对芯片74lvc2g17u5起保护作用。在连续的高压脉冲下，自恢复保险丝f6断路，防止单向瞬态抑制二极管d8因吸收过多的高压脉冲能量而发热损坏，信号稳定之后，自恢复保险丝f5呈低阻抗，对输出信号无影响。

本实用新型的dmx512信号放大器200可应用led控制系统中，将用户端led控制器100灯具300进行信号隔离，实现单总线上的多点保护，且该dmx512信号放大器200可兼容单极性a+信号输入，适用于单线dmx512灯具300，也兼容rs485通讯，还可应用在rs485单工通讯领域。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。