专利名称：发光网络控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种发光网络控制系统及使用该控制系统进行灯光控制的方法。
背景技术：
相互连接的发光装置，比如灯泡，普遍用于户外装饰中。大多数系统中，发光装置采用简单的集体开-关模式，或者由于使得少数装置组开关不同于其他组而具有极为有限的灵活性。随着更多先进的光源，比如发光二极管的发展，对具有如下功能的更加智能化的灯光系统存在强烈需求(1)全色谱；(2)用少量电缆将发光装置相互连接；(3)每个发光装置都连接；(4)使用一致的发光装置(不含有单独地址)能达到单独控制的能力；(5)用户可以根据需要任意改变发光。本发明解决了对网络照明装置高灵活性系统的需要。
图1表示一些相互连接的装饰性发光装置。图1(a)所示照明系统中，所有发光装置都是通过电源来统一开关的。没有独立运作和控制的可能。图1(b)中所示，通过设置控制器来控制组中相互连接的发光装置，达到有限的组灵活控制。将这种系统扩充成单独控制发光装置需要大量电缆，使得整个系统非常庞大和昂贵。而且，在这样的系统中，添加或者移除发光装置的个数来改变拓扑结构是很不方便的。一旦需要重新设置，整个系统将重新开始构建。更先进的系统如图1(c)所示，其中每一个发光装置都有一个微控制器和存储地址的存储器。首先发送的是该发光装置的地址。这样的系统有如下的一些缺点(1)带有微控制器和存储器的发光装置极为昂贵；(2)在插入网络之前每一个发光装置都需要分配一个单独的地址，这使得添加发光装置的过程极为复杂；(3)发光装置的独立的地址数是受可用地址数限制的(比如8字节的地址是256位)。
CN2483935Y公开了一种级联式集群灯光控制装置，该控制装置由计算机与多个控制单元串接成集群，每个控制单元可连接一个或一组灯，用数据控制线将集群与计算机或单片机连接，控制单元用位移寄存器、锁存器和控制电路组成，可以储存由计算机发出的控制数字信息并根据该控制信息对所连接的灯进行控制。这一控制系统采用了串连的方式连接各控制单元，但该系统不能对所连接的每一个控制单元进行单独的动作控制，只能按同一发光规律顺序动作，而所能串接的灯的级数将取决于位移寄存器的位数。
发明内容
要解决的问题本发明的目的是提供一种可以任意增减控制级数和控制支路且可以实现对每一个发光装置进行独立控制的发光网络控制系统及其控制方法。
技术方案要发明通过如下方案来实现一种发光网络控制系统，含有控制器和一个以上发光装置，所述发光装置之间由控制信号线串联连接，所述控制器的信号输出端与串联的发光装置的信号输入端连接，所述发光装置内含有一个或一组发光器件，一个控制单元，所述控制单元的输入端接收从控制器或上一级发光装置发出的信号，选取属于自身的控制信号，输出端向下一个发光装置送出其余控制信号；所述发光器件根据信号接收器选取的属于自身的控制信号做出不同的发光动作。
所述发光装置与交流或直流电源的火线及地线连接，发光装置连接交流电源时还含一个电源模块向发光器件和控制单元提供直流电源。发光器件可以是一个或多个白炽灯泡，或莹光灯管，也可是一个或多个发光二极管组成的陈列，或是一个或多个其他发光的元件。
发光装置内的控制单元可以使用通用的MCU来实现，为节省成本也可以设计专用芯片。
控制系统可以设置一个或多个路由器，路由器连接在控制器或另一个路由器或任意一个发光装置之后，路由器后连接由至少一个发光装置和/或至少一个路由器组成的发光网络分支，路由器根据所接收到的控制信号要求将经过路由器的控制信号分送给不同的发光网络分支。
路由器由控制单元和至少两个信号电路组成，控制单元接收其前面的发光装置或路由器送出的控制信号，并根据控制信号的要求将不同的控制信号通过不同的信号电路发送到相应控制信号线上。
路由器中的控制单元可以使用微处理器，为节省成本也可以设计使用专用芯片。
控制器由控制单元、存贮器和信号电路组成，存贮器用于存贮预先编制的动画或图案数据，控制单元读取存贮器中的数据，执行设定的程序并产生控制信号，通过信号电路发送控制信号数据流或数据帧。
控制器中的控制单元可以使用微处理器，为节省成本也可以设计使用专用芯片。
多个控制器可以串接级联，这样各个控制器所连接的发光网络分支可以结合成任意发光装置数量的发光网络。
上述发光网络控制系统的控制方法是这样的控制器对以树形拓朴结构连接的各个发光装置的控制是根据发光装置的位置即发光装置与控制器之间串接的发光装置数量来决定的，每一个控制周期开始时，控制系统按以下方式工作控制器按照串联连接的各个发光装置和/或路由器的远近设定好每一个发光装置和/或路由器的控制信号；控制器按由近到远的顺序发送串行控制信号到第一个发光装置和/或路由器，并依次经各发光装置和/或路由器处理后到达最后一个发光装置；离控制器最近的发光装置接收最早发出的控制信号，执行规定的发光动作，并发送其后的发光装置和/或路由器的控制信号；
处于第几位的发光装置接收控制器发送的第几位的控制信号，执行规定的发光动作，并发送其后的发光装置和/或路由器的控制信号；根据路由器与控制器的距离，即一个路由器与控制器之间还串接有几个路由器确定的该路由器的级数，由0到N级，处于第几级的路由器，接收控制器发出的第几级路由器的操作信号，并按照操作信号的要求将其后的发光装置和/或路由器的控制信号发送到相应发光网络分支的端口上。
离控制器最远的发光装置接收控制器最后发出的控制信号，执行规定的发光动作。
控制器发出的串行控制信号由一定格式的数据头部和跟随数据头部的一系列发光装置操作数据和路由器操作数据组成，路由器操作数据由路由器控制信号标识头、路由操作代码和路由器级数代码组成；控制信号经过一个发光装置时，该发光装置的控制单元提取紧跟在数据头部后面的第一发光装置数据段对该发光装置的发光器件进行控制操作，同时清除第一发光装置数据段，将后面的一系列数据提前到紧跟数据头部位置后再发送到下一个相邻的发光装置或路由器；控制信号经过路由器时，路由器中的控制单元首先判断是否为本路由器的操作数据，若是，则提取跟随在数据头部后的路由器操作数据，根据路由器操作数据的指令将数据头部和跟随在路由器操作数据之后的发光装置操作数据和/或路由器操作数据发送到相应发光网络分支的端口上，否则，将数据头部和跟随在路由器操作数据之后的发光装置操作数据和/或路由器操作数据进行处理并发送到缺省的发光网络分支的端口上，直到控制信号中出现本路由器操作数据。
路由器操作代码含有跟随其后的控制信号需发送到的端口号，路由器级数代码为一个二进制数值；控制信号经过路由器时，路由器中的控制单元判断是否为路由器操作数据，若不是，则将数据发送到路由器当前发送端口，若是，则进行以下操作，
首先判断路由器操作数据中的路由器级数代码是否为零，若为零，则表示路由器操作数据为本级路由器操作数据，路由器根据路由器操作代码调整路由器的发送端口，将跟随在本级路由器操作数据之后的控制信号发送到所述端口，若非零时，将路由器操作数据中的级数代码减1，然后将所述路由器操作数据及跟随在操作数据之后的控制信号发送到当前发送端口，直到出现一个本级路由器操作数据。
采取以上的发光网络结构和控制方法，可以通过在控制器中编制控制信号的方式实现对每一个发光装置/和或进行独立的控制。由于每个发光装置或路由器的工作方式与其自身结构或设置无关，而只与其所在网络中的位置有关，因此，当网络中的一个发光装置或路由器故障时，只需用一个新的发光装置或路由器替代上去，不需特殊设置即可正常工作。当需要在网络中添加发光装置或路由器时，只需在控制器上根据网络拓朴的改变相应调整控制信号即可。
有益效果本发明的技术方案实现了对每一发光装置进行独立控制，而且添加或者移除发光装置或发光网络分支时除了根据新网络拓扑通知控制器发送不同的信号外，整个已有网络不会受影响。由于不需要使用独立地址，发光网络中的发光装置数量不受限制，且发光装置中不需记录和处理自身地址，降低了发光装置的成本。
下面结合
本发明的具体实施方式
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图1a为一个开关盒控制一串发光装置的结构示意1b为一个开关盒中的一组开头控制若干组并联发光装置的结构示意图。
图1c为一个控制器控制若干分配有独立地址的发光装置的结构示意图。
图2a用一个控制器控制串接的一组发光装置的发光网络控制系统结构示意图。
图2b带有路由器和发光网络分支的发光网络控制系统结构示意图。
图2c控制器级联的发光网络控制系统结构示意图。
图3控制单元与发光器件分设的发光装置示意图。
图4控制单元与发光器件设立在一起的发光装置示意5a单路发光网络控制方法示意图。
图5b树形结构的发光网络控制方法示意中1、发光器件；2、电源火线；3、电源地线；4、开关盒；5、一条或多条控制信号线；6、路由器；7、发光装置控制单元；21、带控制单元的发光装置；24、控制器。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1图2a为本发明的一个实施例，发光网络系统由一个控制器连接n个发光装置21，控制器24由Flash存贮器、通用MCU、信号电路组成，Flash Memery内贮存发光图案数据，MCU读取Flash存贮器中的数据，经过程序处理后通过信号电路输出串联控制信号，发光装置由通用MCU、信号电路和发光器件1组成，所有发光装置用控制信号线串联连接，发光装置均连接直流电源。
控制器发出的串行控制信号数据如图5a，该控制信号包括一个数据头部Frame header和n个发光装置控制操作数据，当控制信号到达第一个发光装置L1时，发光装置中的MCU提取数据头部之后的第一个操作数据Data L1并对其发光器件发出操作指令，并将第一个操作数据之后的数据与数据头部一起发送到下一个发光装置，下一个发光装置作出同样的处理，直到第n个发光装置提取数据头部后的唯一一个操作数据。每个发光装置只根据其距离控制器的远近来顺序提取操作数据，由于串行控制信号中的操作数据是在控制器中事先编好的，所以只要修改控制器中的串行控制信号中的具体一个数据段Data Ln-i，即可实现对第n-i个发光装置的单独控制。
实施例2图2b为本发明的第二个实施例，由控制器24输出的控制信号在经过一个(可以是多个)发光装置后通过路由器6分为了三个发光网络分支P1、P2、P3，路由器由MCU和三个信号电路组成，MCU接收前面的发光装置传送信号，进行处理后通过不同的信号电路输出到各个发光网络分支。控制器中设计好了每一个支路的每一个发光装置的操作数据，并根据发光网络的树型结构，在串行控制信号中加入了路由器操作数据。
图5b为树形结构的发光网络系统控制方法，控制器送出的控制信号由数据头部、发光装置操作信号、路由器操作数据等组成，控制信号到达第一个发光装置时，第一个发光装置操作信号被执行并被清除，当控制信号到达第一个路由器时，根据路由器操作数据要求将跟随在信号RCODE-P1后的控制信号发送到发光网络分支P1上，跟随在信号RCODE-P2后的控制信号发送到发光网络分支P2上，跟随在信号RCODE-P3后的控制信号发送到发光网络分支P3上，当跟随在RCODE-P3后的信号不是路由器R1的操作数据时，信号一直向P3分支上发送，直到再次收到路由器操作数据要求改变路由端口。
实施例3图2c是本发明的第三个实施例，在本实施例中，若干控制器相互串接起来，每个控制器上还接有一串发光装置，这种方式中第一个控制器为主控制器，与其串联连接的其他控制器可以执行主控制器发送的控制信号，将控制数据发到相应的发光网络分支中去，每个控制器向所连接的发光网络分支发送的控制信号与实施例1中的控制信号相似。
权利要求
1.一种发光网络控制系统，含有控制器和一个以上发光装置，所述发光装置与交流或直流电源连接，所述发光装置之间由控制信号线串联连接，所述控制器的信号输出端与串联的发光装置的信号输入端连接，所述发光装置内含有一个或一组发光器件，一个控制单元，所述控制单元的输入端接收从控制器或上一级发光装置发出的信号，选取属于自身的控制信号，输出端向下一个发光装置送出其余控制信号；所述发光器件根据控制单元选取的属于自身的控制信号做出不同的发光动作。
2.权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元是微处理器或专用芯片。
3.权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统中还含有一个或多个路由器，所述路由器连接在控制器或另一个路由器或任意一个发光装置之后，路由器后连接至少一个发光装置和/或至少一个路由器组成的至少两个发光网络分支，所述路由器根据控制器的信号要求将经过路由器的控制信号分送给不同的发光网络分支。
4.权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述路由器由一个控制单元和至少两个信号电路组成，所述控制单元接收其前面的发光装置或路由器或控制器送出的控制信号，并根据控制信号的要求将不同的控制信号通过不同的信号电路发送到相应控制信号线上。
5.权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元是微处理器或专用芯片。
6.权利要求1至5之一所述的控制系统，其特征在于，所述控制器由控制单元、存贮器和信号电路组成，存贮器用于存贮预先编制的动画或图案数据，控制单元读取存贮器中的数据，执行设定的程序并产生控制信号，通过信号电路发送控制信号数据流或数据帧。
7.权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制器的控制单元是微处理器或专用芯片。
8.一种用于发光网络控制系统的控制方法，所述发光网络控制系统由控制器、树形拓朴结构串联连接的发光装置组成，树形结构的分支点为路由器，其特征在于，控制器对以树形拓朴结构连接的各个发光装置的控制是根据发光装置的位置即发光装置与控制器之间串接的发光装置数量来决定的，每一个控制周期开始时，控制系统按以下方式工作A.控制器按照串联连接的各个发光装置和/或路由器的远近设定好每一个发光装置和/或路由器的控制信号；B.控制器按由近到远的顺序发送串行控制信号到第一个发光装置和/或路由器，并依次经过各发光装置和/或路由器处理后到达最后一个发光装置；C.离控制器最近的发光装置接收最早发出的控制信号，执行规定的发光动作，并发送其后的发光装置和/或路由器的控制信号；D.处于第几位的发光装置接收控制器发送的第几位的控制信号，执行规定的发光动作，并发送其后的发光装置和/或路由器的控制信号；E.处于第几级的路由器，接收控制器发出的第几级路由器的操作信号，并按照操作信号的要求将其后的发光装置和/或路由器的控制信号发送到相应发光网络分支的端口上；F.离控制器最远的发光装置接收控制器最后发出的控制信号，执行规定的发光动作。
9.权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述串行控制信号由一定格式的数据头部和跟随数据头部的一系列发光装置操作数据和路由器操作数据组成；控制信号经过一个发光装置时，该发光装置的控制单元提取紧跟在数据头部后面的第一发光装置数据段对该发光装置的发光器件进行控制操作，同时清除第一发光装置数据段，将后面的一系列数据提前到紧跟数据头部位置后再发送到下一个相邻的发光装置或路由器；控制信号经过路由器时，路由器中的控制单元首先判断是否为本路由器的操作数据，若是，则提取跟随在数据头部后的路由器操作数据，根据路由器操作数据的指令将数据头部和跟随在路由器操作数据之后的发光装置操作数据和/或路由器操作数据进行处理并发送到相应发光网络分支的端口上，否则，将数据头部和跟随在路由器操作数据之后的发光装置操作数据和/或路由器操作数据进行处理并发送到缺省的发光网络分支的端口上，直到控制信号中出现本路由器操作数据。
10.权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述路由器操作数据由路由器控制信号标识头、路由器操作代码和路由器级数代码组成，路由器操作代码含有跟随其后的控制信号所需发送到的端口号，路由器级数代码为一个二进制数值；控制信号经过路由器时，路由器中的控制单元判断是否为路由器操作数据，若不是，则将数据发送到路由器当前发送端口，若是，则进行以下操作首先判断路由器操作数据中的路由器级数代码是否为零，若为零，则表示路由器操作数据为本级路由器操作数据，路由器根据路由器操作代码调整路由器的发送端口，将跟随在本级路由器操作数据之后的控制信号发送到所述端口，若非零时，将路由器操作数据中的级数代码减1，然后将所述路由器操作数据及跟随在操作数据之后的控制信号发送到当前发送端口，直到出现一个本级路由器操作数据。
全文摘要
本发明涉及一种发光网络控制系统及其控制方法，所述控制系统由控制器和路由器及串联信号线连接的发光装置组成。控制器内存有控制图形和图案，发送串行的控制信号给路由器及发光装置，发光装置顺序读取串行控制信号中属于自己的部分，并传送其它的控制信号给下一个装置。路由器顺序读取属于本级的控制信号，根据控制信号要求将控制信号传送给与其连接的不同发光网络分支。本发明以较低成本的方式实现对发光网络中的单个发光装置进行独立控制，随意增减发光装置时只需对控制器内的信号数据进行调整而不影响整个系统。
文档编号G05B24/02GK1750724SQ20041007446
公开日2006年3月22日 申请日期2004年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者陈文新 申请人:磊明(香港)有限公司