TWI407832B - 使用載波訊號之發光二極體控制系統 - Google Patents

Description

使用載波訊號之發光二極體控制系統

本發明係有關於一種發光二極體控制系統，特別是一種使用載波訊號之發光二極體控制系統。

目前發光二極體燈串模組大致上可分為串聯式及並聯式兩種連結方式，而這兩種方式之發光二極體燈串模組也廣被使用者運用在大樓外觀、樹木、招牌及造景物上，以增添該等事物之外觀美。

而在習知串聯式的發光二極體燈串模組，是將多組的發光二極體燈串模組串聯連接在一起，而且發光二極體燈串模組的串聯數量乃是依據磐繞的物體體積大小而定，且在串聯後由第一個發光二極體燈串模組的控制器對所有的發光二極體燈串模組之發光二極體燈組進行控制。雖然，此種串聯式的連結方式，使發光二極體燈串模組易於串聯使用，但是在使用過程中，只要有一組發光二極體燈串模組故障時，將造成控制訊號無法傳遞，致使該組故障的發光二極體燈串模組之後段的發光二極體燈串模組接收不到任何控制訊號，導致後段的發光二極體燈串模組皆無法被點亮。

另外，在並聯式的發光二極體燈串模組是將多組的發光二極體燈串模組與該控制器並聯連結，每一個發光二極體燈串模組就要有一條控制線及定址線來控制。若是並聯10組的發光二極體燈串模組時，該控制器就必須利用10條控制線及10條定址線來控制10組發光二極體燈串模組。此種並聯式在使用時，有一組發光二極體燈串模組發生故障時，將不會影響到其他發光二極體燈串模組的控制。但是，並聯的發光二極體燈串模組數量越多時，相對控制線及定址線越多，造成線路的複雜，不易製作，且成本高。

然而不論是串聯式或並聯式之連結方式，均需使用多數之電力線或訊號線，來達成使發光二極體燈串模組發光變化的目的。而在現今原物料上漲日益嚴重的情況下，能夠減少傳輸線的使用就能大大地降低成本。

因此本發明之目的即在提供一種使用載波訊號之發光二極體控制系統，藉以達到節省線材節省成本之目的。

為達成上述本發明之目的，本發明之使用載波訊號之發光二極體控制系統，將一電腦控制資料儲存於一資料儲存盒中，並以該資料儲存盒所輸出之一資料訊號控制發光二極體發光變化。該系統包含：一電源轉換電路，用以將一交流電源轉換成一直流電源輸出；一控制電路，電連接至該電源轉換電路，用以接收該電源轉換電路所輸出之該直流電源及該資料儲存盒所輸出之該資料訊號並將該資料訊號載波調變為一調變訊號；及複數個發光二極體發光電路，係以一傳輸線與該控制電路形成電性串聯連結，電連接至該控制電路，用以接收該控制電路所輸出之該直流電源及該調變訊號，以產生燈號之明滅變化。

有關本發明之特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下：

請參考第一圖，其係為本發明之使用載波訊號之發光二極體控制系統架構圖，該發光二極體控制系統包含一電腦2、一資料儲存盒4、一交流電源6、一電源轉換電路8、一控制電路10與一發光二極體燈串裝置14。該電腦2係電連接至該資料儲存盒4；該交流電源6係電連接至該電源轉換電路8；該控制電路10係電連接至該資料儲存盒4、該電源轉換電路8與該發光二極體燈串裝置14。本發明之系統架構圖之作動流程如下：使用者藉由該電腦2，將控制該發光二極體燈串裝置14之一電腦控制資料儲存於該資料儲存盒4，並透過該資料儲存盒4傳輸至該控制電路10，以控制該發光二極體燈串裝置14發光變化。該資料儲存盒4傳送一資料訊號至該控制電路10。該控制電路10可將該資料訊號調變以產生一調變訊號，以利傳送。該電源轉換電路8接收該交流電源6後，轉換成一直流電源(例如將市電110伏特交流電轉換成110伏特直流電)，在與傳送控制該發光二極體燈串裝置14之該調變訊號相同之傳輸線上，提供驅動直流電壓予該控制電路10與該發光二極體燈串裝置14。

請參考第二圖，其係為本發明之控制電路10及發光二極體燈串裝置14內部架構圖。該控制電路10包含一穩壓單元(穩壓二極體)102、一微控制單元104及一第一調變單元106。該微控制單元104係電連接至該資料儲存盒4、該穩壓單元102、該電源轉換電路8、該第一調變單元106與該發光二極體燈串裝置14。該第一調變單元106係電連接至該穩壓單元102、該電源轉換電路8、該微控制單元104與該發光二極體燈串裝置14。而該發光二極體燈串裝置14則包含多數之發光二極體發光電路140_1至140_N(下文中以140總括)。該些發光二極體發光電路140係電連接串聯在一起，其中第一個發光二極體發光電路140_1之一端電連接至該穩壓單元102、該微控制單元104與該第一調變單元106。

本發明之控制電路10及發光二極體燈串裝置14之作動關係如下所述：該電源轉換電路8傳送一高直流電壓(例如110伏特直流電)，而該穩壓單元102係提供該微控制單元104及該第一調變單元106驅動直流電壓。該微控制單元104接收來自該資料儲存盒4傳送之該資料訊號後，傳送至該第一調變單元106，進行載波調變處理以產生該調變訊號(詳見後述)，之後經由與傳送電力相同之傳輸線，傳送至該發光二極體燈串裝置14。該第一個發光二極體發光電路140_1接收來自該控制電路10所傳送之電力與調變訊號後，驅動發光二極體變化發光，並將電力與調變訊號傳送至下一個發光二極體發光電路140_2。

請參考第三圖，其係為本發明之發光二極體發光電路140內部架構流程圖。該發光二極體發光電路140包含一信號擷取單元C(電容)、一放大單元142、一解調變單元144、一電壓調整單元146、一紅光發光二極體148R、一綠光發光二極體148G、一藍光發光二極體148B、一第一定電流源150R、一第二定電流源150G、一第三定電流源150B、一輸出暫存單元152、一栓鎖單元153、一濾波單元154、一辨識與邏輯控制單元156、一計數與位移暫存單元158、一編碼單元160及一第二調變單元162。對於第一個發光二極體發光電路140_1來說，VDD端點表示來自於前述控制電路10之電力與調變訊號端點；對於其後之發光二極體發光電路140_2來說，VDD端點表示來自於前一個發光二極體發光電路140_1之電力與調變訊號端點，以此類推。對於第一個發光二極體發光電路140_1來說，VSS端點表示傳送至下一個發光二極體發光電路140_2之輸出端點；對於其後之發光二極體發光電路140_2來說，VSS端點表示傳送至下一個發光二極體發光電路140_3之輸出端點，以此類推(即，對於一個發光二極體發光電路140來說，VDD端點表示輸入端點，VSS端點表示輸出端點)。VCC端點表示該電壓調整單元146輸出驅動直流電壓以及各前述單元之輸入驅動直流電壓端點。

更詳細而言，該VDD端點係透過該電壓調整單元146電連接至該VSS端點；透過該信號擷取單元C與該放大單元142電連接；透過該紅光發光二極體148R與該第一定電流源150R電連接；透過該綠光發光二極體148G與該第二定電流源150G電連接；透過該藍光發光二極體148B與該第三定電流源150B電連接。該濾波單元154係透過該解調變單元144與該放大單元142電連接。該計數與位移暫存單元158係透過該辨識與邏輯控制單元156與該濾波單元154電連接；透過該栓鎖單元153與該輸出暫存單元152電連接；透過該編碼單元160與該第二調變單元162電連接。該輸出暫存單元152與該第一定電流源150R、該第二定電流源150G、該第三定電流源150B電連接。該第二調變單元162電連接至該VSS端點。

本發明之發光二極體發光電路140內部架構流程敘述如下：該信號擷取單元C(電容)阻擋了該VDD端點之直流電壓進入該放大單元142等等其他處理交流訊號之單元，僅供該調變訊號通過。該VDD端點之直流電壓輸入至該電壓調整單元146以產生驅動各單元之直流電壓VCC2，並傳送該直流電壓VCC2至各單元以作為各單元之驅動直流電壓。該電壓調整單元146並經由該VSS端點輸出至下一個發光二極體發光電路140之輸入端點VDD。來自該VDD端點之控制發光二極體調變訊號經由信號擷取單元C(電容)阻擋直流擷取了交流信號後，該交流信號進入該放大單元142後，先進行訊號放大之動作，接著進入該解調變單元144，進行訊號之解調變，然後經過該濾波單元154，以還原訊號波形，再經該辨識與邏輯控制單元156辨識出訊號之資料內容與時脈後，藉著該資料內容與時脈進行移位動作，將該資料內容移入該計數與位移暫存單元158，經過複數個訊號後若接收到內定之結束訊號則將該計數與位移暫存單元158之資料內容透過該栓鎖單元153拴鎖至該輸出暫存單元152，以該紅光發光二極體148R、該綠光發光二極體148G及該藍光發光二極體148B之亮度及發光與否表現出該資料內容，同時該計數與位移暫存單元158亦將該資料內容傳送至該編碼單元160，進行編碼的動作，之後再傳送至該第二調變單元162，進行載波調變成調變訊號，經由端點VSS傳送至下一個發光二極體發光電路140。其中該第一定電流源150R、該第二定電流源150G及該第三定電流源150B係用以提供定電流以及接收該輸出暫存單元152所輸出之資料內容。

上述該調變訊號之傳遞係為串聯式，亦可以並聯式達成。意即該調變訊號進入該發光二極體發光電路140之後經解調變及線路處理，每一該發光二極體發光電路140判別是否為本身之信號。若是，則加以儲存；若不是則予以忽略，並經該第二調變單元162將之傳遞出去。要達到這樣的處理程序，必須每一該發光二極體發光電路140擁有自己的編號，以本身的編號和進來的位址信號做比對。所以在啟動時需有一自動編號系統。這可以利用很簡單之技術即可達成，例如啟動後該微控制單元104送出一組為”0”的位址給第一個該發光二極體發光電路140_1。第一個該發光二極體發光電路140_1將之儲存並加一然後經該第二調變單元162將之傳遞出去，送出給第二個該發光二極體發光電路140_2。第二個該發光二極體發光電路140_2收到之後予以儲存並加一然後經該第二調變單元162將之傳遞到第三個該發光二極體發光電路140_3。以此類推，直到最後一個該發光二極體發光電路140_N。最後一個該發光二極體發光電路140_N仍然依此動作並予以加一然後傳回至該微控制單元104。如此該微控制單元104就知道總共有多少個該發光二極體發光電路140，並皆已編號完成。其電路架構如第八圖所示。第八圖包含一位址暫存單元166，電連接至該辨識與邏輯控制單元156。

請參考第四圖，其係為本發明之發光二極體發光電路140之間傳遞之調變訊號時序圖，其中第四圖下部份所示為對於第N個發光二極體發光電路140_N所送之調變訊號，但是有關於顏色之順序則不受圖示所示限制。如前所述，當接收到內定之結束訊號(END)則將該計數與位移暫存單元158之資料內容透過該栓鎖單元153拴鎖至該輸出暫存單元152，以控制發光二極體之亮度及發光變化。再者，每一個第x個發光二極體發光電路140_x皆可將第四圖所示之調變訊號送至下一級發光二極體發光電路140_(x+1)。

參見第五圖，為調變訊號(上面曲線)及訊號(下面曲線)之示意圖，該訊號可用PWM方式傳送數位訊號(圖示者為0110)，經過高頻之載波調變後即可得到調變訊號。參見第六圖A及第六圖B，分別為第一調變單元106、第二調變單元162及解調變單元144之實施例示意圖。

參見第七圖，為本發明使用載波訊號之發光二極體控制系統之另一實施例示意圖，其中前述之該電源轉換電路8及該控制電路10可整合成一主控單元10A。一第一發光二極體燈串15A包含該主控單元10A及一第一發光二極體燈串裝置14A；一第二發光二極體燈串15B包含前述之該電源轉換電路8及一第二發光二極體燈串裝置14B。該主控單元10A所產生之調變訊號可送至該第一發光二極體燈串裝置14A，及該第二發光二極體燈串裝置14B，而第二發光二極體燈串裝置14B之電力係由該電源轉換電路8提供，藉此即可控制更多發光二極體之發光狀態。假設每一發光二極體發光電路所跨之壓降為4V，則第一圖之實施例可以控制(110/4)≒27個發光二極體發光電路；而第七圖之實施例可以控制(110/4)×2≒54個發光二極體發光電路。

綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

2．．．電腦

4．．．資料儲存盒

6．．．交流電源

8．．．電源轉換電路

10．．．控制電路

14．．．發光二極體燈串裝置

102．．．穩壓單元

104．．．微控制單元

106．．．第一調變單元

140_1至140_N(以140總括)．．．發光二極體發光電路

C．．．信號擷取單元

142．．．放大單元

144．．．解調變單元

146．．．電壓調整單元

148R．．．紅光發光二極體

148G．．．綠光發光二極體

148B．．．藍光發光二極體

150R．．．第一定電流源

150G．．．第二定電流源

150B．．．第三定電流源

152．．．輸出暫存單元

153．．．栓鎖單元

154．．．濾波單元

156．．．辨識與邏輯控制單元

158．．．計數與位移暫存單元

160．．．編碼單元

162．．．第二調變單元

164．．．振盪器

166．．．位址暫存單元

10A．．．主控單元

15A．．．第一發光二極體燈串

15B．．．第二發光二極體燈串

14A．．．第一發光二極體燈串裝置

14B．．．第二發光二極體燈串裝置

第一圖　為本發明之使用載波訊號之發光二極體控制系統架構圖。

第二圖　為本發明之控制電路及發光二極體燈串裝置內部架構圖。

第三圖　為本發明之發光二極體發光電路內部架構流程圖。

第四圖　為本發明之發光二極體發光電路之間傳遞之調變訊號時序圖。

第五圖　為本發明之調變訊號(上面曲線)及訊號(下面曲線)之示意圖。

第六圖A為本發明之調變單元之實施例示意圖。

第六圖B為本發明之解調變單元之實施例示意圖。

第七圖　為本發明之使用載波訊號之發光二極體控制系統之另一實施例示意圖。

第八圖　為本發明之發光二極體發光電路另一種內部架構流程圖。

2．．．電腦

4．．．資料儲存盒

6．．．交流電源

8．．．電源轉換電路

10．．．控制電路

14．．．發光二極體燈串裝置

Claims (4)

1. 一種使用載波訊號之發光二極體控制系統，將一電腦控制資料儲存於一資料儲存盒中，並以該資料儲存盒所輸出之一資料訊號控制發光二極體發光變化，該系統包含：一電源轉換電路，用以將一交流電源轉換成一直流電源輸出；一控制電路，電連接至該電源轉換電路，用以接收該電源轉換電路所輸出之該直流電源及該資料儲存盒所輸出之該資料訊號並將該資料訊號載波調變為一調變訊號；及複數個發光二極體發光電路，係以一傳輸線與該控制電路形成電性串聯連結，電連接至該控制電路，用以接收該控制電路所輸出之該直流電源及該調變訊號，以產生燈號之明滅變化，其中，該些發光二極體發光電路包含：一電壓調整單元，電連接至該控制電路，用以接收該控制電路所輸出之電壓，並調整一特定電壓輸出，以提供各單元所需之電源；一信號擷取單元，電連接至該電壓調整單元，用以阻擋直流電源輸入，僅供該調變訊號通過；一放大單元，電連接至該信號擷取單元，用以放大該信號擷取單元所輸出的調變訊號及接收該電壓調整單元所提供的電源；一解調變單元，電連接至該放大單元，用以解調變該 放大單元所放大之訊號，及接收該電壓調整單元所提供的電源；一濾波單元，電連接至該解調變單元，用以將該解調變單元所輸出之訊號還原，及接收該電壓調整單元所提供的電源；一辨識與邏輯控制單元，電連接至該濾波單元，用以辨識出該濾波單元所輸出訊號之資料內容，及接收該電壓調整單元所提供的電源；一計數與位移暫存單元，電連接至該辨識與邏輯控制單元，用以接收該辨識與邏輯控制單元所傳送之資料，並於收到一內定之結束訊號後輸出，及接收該電壓調整單元所提供的電源；一編碼單元，電連接至該電壓調整單元；一第二調變單元，電連接至該編碼單元，用以載波調變該編碼單元所輸出之訊號後輸出及接收該電壓調整單元所提供的電源；一栓鎖單元，電連接至該計數與位移暫存單元，用以接收該計數與位移暫存單元所發出之資料內容並拴鎖輸出，及接收該電壓調整單元所提供的電源；及一輸出暫存單元，電連接至該栓鎖單元，用以暫存該栓鎖單元所輸出之資料及接收該電壓調整單元所提供的電源。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使用載波訊號之發光二極體控制系統，其中，該電源轉換電路係將110v交流 電源轉換成110v的直流電源。
3. 如申請專利範圍第1項所述之使用載波訊號之發光二極體控制系統，其中，該控制電路包含：一穩壓單元，係與該電源轉換電路電性連結；一微控制單元，係與該電源轉換電路電性連結，用以接收該資料儲存盒所輸出之該資料訊號；及一第一調變單元，係與該電源轉換電路、該微控制單元及該穩壓單元電性連結。
4. 如申請專利範圍第1項所述之使用載波訊號之發光二極體控制系統，其中，該信號擷取單元為一電容器。