灯光控制设备和系统的制作方法

本发明实施例涉及无人售货机技术领域，具体涉及一种灯光控制设备和系统。

背景技术：

随无人售卖机功能扩展，售卖机已具备产品宣传营销推广等功能，机器本身增加更多外围设备其中包括氛围灯、顶部射灯等。其中，氛围灯为带灯，由多个led灯组成的；在现有的方案中，自动售货机的控制部分主要分为两部分：工控机和外设控制电路。工控机发出灯光控制指令给外设控制电路，外设控制电路解析指令后控制对应的io口变化，引起对应io口供电的变化，从而实现带灯或者射灯的灯光变化。现有的自动售货机灯光控制存在硬件外设接口限制。当机器升级或者扩展活动需要增加灯光的时候，需要重新对外设控制电路进行设计以进行更多灯光的控制支持。并且在灯光接线的时候，分布在机身各处的灯光电线都需要接入到售货机的外设控制电路中，使得整机的走线臃肿，出了故障不容易排查。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种灯光控制设备和系统，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，一种灯光控制设备，包括：

控制单元、电源单元和灯驱动单元；

所述电源单元，用于为所述控制单元供电；

控制单元，用于接收外部的工控机发送的指令；根据指令控制驱动单元驱动外部的灯发光；

驱动单元，与外部的灯连接，用于在控制单元的控制下驱动外部的灯发光。

进一步地，驱动单元包括：带灯驱动电路；带灯驱动电路包括：

第一三极管、第一场效应管mosfet；

其中，第一三极管的发射极接地，基极接第一电阻的第一端；第一电阻的第二端接控制单元的引脚tim_ch2；集电极接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端接电源；

集电极还连接了第一mosfet的g极；d极接rgb_g；s极接地；

第二三极管、第二场效应管mosfet；

其中，第二三极管的发射极接地，基极接第三电阻的第一端；第三电阻的第二端接控制单元的引脚tim_ch3；集电极接第四电阻的第一端，第四电阻的第二端接电源；

集电极还连接了第二mosfet的g极；d极接rgb_g；s极接地；

第三三极管、第三场效应管mosfet；

其中，第三三极管的发射极接地，基极接第五电阻的第一端；第五电阻的第二端接控制单元的引脚tim_ch4；集电极接第六电阻的第一端，第六电阻的第二端接电源；

集电极还连接了第三mosfet的g极；d极接rgb_g；s极接地。

进一步地，驱动单元包括：

射灯驱动电路，具体包括：

第四三极管和第四场效应管mosfet；

第四三极管的发射极接地，基极接第七电阻的第一端，第七电阻的第二端接控制单元的引脚tim_ch1；

集电极接第八电阻的第一端，第八电阻的第二端接电源；

集电极还连接了第四场效应管mosfet的g极；d极分别接射灯电路板p4的端口1、3、5、7；s极接地；

其中，射灯电路板p4的端口2、4、6、8分别接电源。

进一步地，控制单元还用于：

通过rs485总线接收工控机发送的指令；

从所述指令中获取对应的颜色标识r、g、b、w数据；

根据所述颜色标识r、g、b、w数据分别计算出对应的引脚tim2_ch2、tim3_ch3、tim4_ch4和tim2_ch1的pwm占空比。

根据本发明实施例的第二方面，一种灯光控制系统包括工控机和如上述任一项所述的灯光控制设备；

所述工控机和所述灯光控制设备通过rs485总线相连；

所述工控机向所述灯光控制设备发送指令；

所述灯光控制设备根据所述指令控制外部的灯发光。

本发明实施例具有如下优点：本发明提出了一种灯光控制设备。在简单的布线设计上实现可扩展的多路灯光控制。并且在灯光控制设备中，可以控制rgb彩色灯带以及射灯的灯光变幻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的现有技术中的一种控制示意图；

图2为本发明实施例提供的一种控制示意图；

图3为本发明实施例提供的一种带灯控制电路；

图4为本发明实施例提供的一种射灯控制电路；

图5为本发明实施例提供的一种电源电路；

图6为本发明实施例提供的一种总线示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，参见附图1，工控机通过外设控制电路来控制各个灯具；如果灯具发生变化，则需要更改外设控制电路；非常复杂繁琐。

基于此，本申请提出了一种灯光控制设备，应用于无人售货机；包括：

控制单元、电源单元和灯驱动单元；

所述电源单元，用于为所述控制单元供电；

控制单元，用于接收外部的工控机发送的指令；根据指令控制驱动单元驱动外部的灯发光；

其中，控制单元可以采用单片机来实现。

驱动单元，与外部的灯连接，用于在控制单元的控制下驱动外部的灯发光。

本发明的灯光控制设备，作为一个单独的灯具控制的单元，可以单独控制一路灯具，从而可以灵活添加或者删减，操作非常方便。

并且优选地，为了节省成本，一个灯光控制设备同时控制一个带灯和一个射灯；其中，带灯设置在无人售货机的四周；射灯设置在无人售货机的顶端。

在一种实施方式中，参见附图2所示，驱动单元包括：带灯驱动电路；

其中，带灯上包括多个发光单元，每一个发光单元中包括三个led灯，颜色分别为红、绿、蓝；通过控制调节每一个led灯的亮度就可以使得发光单元发出不同颜色的光。

带灯驱动电路包括：

第一三极管q1和第一场效应管q5；

其中，第一三极管q1的发射极接地，基极接第一电阻r4的第一端；第一电阻r4的第二端接控制单元的引脚tim_ch2；集电极接第二电阻r5的第一端，第二电阻r5的第二端接电源；

集电极还连接了第一场效应管q5的g极；d极输出信号rgb_g；d极连接了绿色的led灯；s极接地；

第二三极管q2、第二场效应管q6；

其中，第二三极管q2的发射极接地，基极接第三电阻r6的第一端；第三电阻r6的第二端接控制单元的引脚tim_ch3；集电极接第四电阻r7的第一端，第四电阻r7的第二端接电源；

集电极还连接了第二三极管q2的g极；d极输出信号rgb_r，d极连接了红色的led灯；s极接地；

第三三极管q3、第三场效应管q7；

其中，第三三极管q3的发射极接地，基极接第五电阻r8的第一端；第五电阻r8的第二端接控制单元的引脚tim_ch4；集电极接第六电阻r9的第一端，第六电阻r9的第二端接电源；

集电极还连接了第三场效应管q7的g极；d极输出信号rgb_b；

d极连接了蓝色的led灯；

s极接地。

带灯驱动电路可以调节控制一个发光单元中的3个led灯的亮度，从而调节一个发光单元的颜色。

在一种实施方式中，参见附图3，驱动单元包括：射灯驱动电路，具体包括：

第四三极管q4和第四场效应管q8；

第四三极管q4的发射极接地，基极接第七电阻r10的第一端，第七电阻r10的第二端接控制单元的引脚tim_ch1；

集电极接第八电阻r11的第一端，第八电阻r11的第二端接电源；

集电极还连接了第四场效应管q8的g极；d极分别接p4的端口1、3、5、7；s极接地；

其中，p4的端口2、4、6、8分别接电源。

p4为射灯的接线板。

在一种实施方式中，关于电源电路，参见附图4，电源的芯片u3采用lm2576sx-5.0；外部电源通过二极管d1输入到该芯片的vin引脚；电压为12伏；vin引脚与地之间设置电容c2；

引脚out的输出电压为5伏，设置了二极管d3，d3的阴极连接引脚out；阳极接地；引脚out还通过连接电感l2的第一端；第二端分别连接了电容c3和c17的第一端；电容c3和c17的第二端分别接地。

电源芯片u4的型号为ams1117-3.3；输入引脚vin连接5伏电压；分别连接了电容c14和c1的第一端；c14和c1的第二端分别接地；

输出引脚vout分别连接了电容c4和电容c0的第一端；电容c4和c0的第二端分别接地；输出引脚vout还连接了led灯ds；ds的阴极通过电阻r1接地。

本申请在通信线路上使用rs485总线通信。从工控机中引出一根rs485通信线路，直通各个灯光控制设备，灯光控制设备解析信号指令之后对灯光进行控制。

灯光控制设备解析应用层指令后，更新灯光控制电路的通电占空比，控制带灯和射灯开关，从而呈现不同效果。硬件设计上每种颜色led灯均使用mosfet晶体管对驱动电路及控制电路进行物理电压驱动隔离，同时晶体管提供电流运放放大至足够驱动led灯外设功率。

电源电路从外部接入12v直流电源，通过5v稳压芯片提供晶体管输入端电压，通过3.3v稳压芯片转换5v电压提供处理芯片供电。

通信协议如下：

rs485通信波特率定为115200，帧与帧之间的发送间隔需要有16ms，实现每秒60帧的变化速率。

数据帧定义：

其中，字节1表示帧长度；末位的第二位字节为crc求和校验位。

其中，取值中的r、g、b分别对应彩色带灯的红绿蓝颜色控制，w对应射灯的亮度控制，取值范围是0-255，每路通道有256级颜色变化。

比如，1号灯光控制设备中，r为210；g为100；b为50。

则灯光控制设备控制1号带灯调节成r＝210；g＝100；b＝50；则1号灯发出对应的颜色的光；w为射灯的亮度。1号灯光控制设备可以同时控制带灯和射灯。

灯光控制流程如下：

1.工控机接入rs485线材的公头；

2.灯光控制板接入rs485线材的其中一个母头，参见附图5；有多个光源需要控制的话，可以通过增加线材级联的方式进行添加控制设备；

3.工控机向rs485总线中发出指令数据；

4.灯光控制设备从rs485总线中接收到指令数据；

5.灯光控制设备解析收到的指令数据，验证数据完整性；

6.灯光控制设备从指令帧的第10字节开始根据自身id计算偏移量，获取对应的r、g、b、w数据；

7.控制设备根据收到的r、g、b、w数据来进行计算tim2_ch2、tim3_ch3、tim4_ch4、tim2_ch1引脚输出的pwm占空比；

8.带灯采用的是共阳极接法，由于tim2_ch2、tim3_ch3、tim4_ch4、tim2_ch1引脚的开关变化，可以引起q5、q6、q7、q8的d极和s极的导通变化；

9.当d极和s极导通时，单色的灯光通道和电源形成回路，对应的led灯发光，当d极和s极不导通时，单色的灯光通道和电源之间的电路表现为高阻态，没有电流流过，led灯不发光；

10.pwm频率设置在1khz，当占空比为100％时，led灯常亮，亮度最大，当占空比为0的时候，led通道长灭，亮度最小。当占空比在0-100％之间时，一个周期内，控制通电的时长为：

t＝a(1ms×value/255)^gamma；

其中，value为收到的对应通道的数据，a和gamma的取值根据不同带灯的灯光通道颜色以及不同的射灯进行对应校准，以确保灯光颜色和亮度尽量准确。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。