專利名稱：基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，特別是涉及一種利用以太網(wǎng)通 訊技術(shù)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景目前，城市景觀燈飾系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩類。 一種是利用電力線載波通信技術(shù)的城市景觀燈飾系統(tǒng)。如申請?zhí)枮?00610054447中國實(shí)用新型專 利申請，公開了利用電力載波通信技術(shù)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，該技術(shù)的 缺點(diǎn)是附加設(shè)備較多，價(jià)格昂貴，傳輸質(zhì)量差。另一種是利用串口的城市景 觀燈飾系統(tǒng)，如申請?zhí)枮?00520009180的中國實(shí)用新型專利申請，公開了一 種LED智能燈飾通用控制系統(tǒng)裝置，該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是傳輸?shù)臄?shù)率慢，能控制 的燈飾少，如pc標(biāo)準(zhǔn)串口最高速率為115.2kbps，按80%的有效數(shù)據(jù)、16位 灰度和20幀/秒計(jì)算，能驅(qū)動(dòng)288個(gè)像素，以每個(gè)燈管16個(gè)像素計(jì)算，只能 驅(qū)動(dòng)18只燈管，而大型景觀燈飾系統(tǒng)少則幾千支燈管，多則幾萬支燈管。目前的LED燈管一般有8個(gè)或16個(gè)像素，每個(gè)像素由紅、綠、藍(lán)三色 LED燈組成，每個(gè)LED由帶有移位功能的LED驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)，同時(shí)為了保 證信號的幅度，防止衰減，輸入信號都經(jīng)過HC244等驅(qū)動(dòng)芯片增強(qiáng)。以太網(wǎng)是目前通用的局域網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)具有器件價(jià)格低廉，傳輸數(shù)據(jù) 率高、距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可降低城市景觀燈 飾系統(tǒng)成本，擴(kuò)大景觀燈飾系統(tǒng)規(guī)模的基于以太網(wǎng)通信技術(shù)控制城市景觀燈 飾的系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)中多個(gè)串聯(lián)控制器串聯(lián)連接，內(nèi)容發(fā) 送控制器與一端的串聯(lián)控制器連接，每個(gè)串聯(lián)控制器分別與一個(gè)差分發(fā)送器相 連，每個(gè)差分發(fā)送器分別與多個(gè)差分接收器相連，每個(gè)差分接收器與串聯(lián)連接的多個(gè)燈管中一端的燈管連接。所述的內(nèi)容發(fā)送控制器可為PC機(jī)或者是嵌入式控制器。所述的串聯(lián)控制器包括現(xiàn)場可編程門陣列、以太網(wǎng)物理層芯片、變壓器、兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口和電源模i央；以太網(wǎng)物理層芯片通過MII接口與現(xiàn)場可編程門 陣列信號連接，現(xiàn)場可編程門陣列與差分發(fā)送器信號連接，將顯示數(shù)據(jù)或PWM 控制信號發(fā)送給差分控制器；以太網(wǎng)物理層芯片還與網(wǎng)絡(luò)變壓器連接，網(wǎng)絡(luò)變 壓器分別通過兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口及網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā)送控制器或串聯(lián)控制器相連，電 源分別與現(xiàn)場可編程門陣列、以太網(wǎng)物理層芯片以及差分發(fā)送器連接，具體是 指通過一個(gè)RJ-45網(wǎng)口和上行網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā)送控制器或上一級的串聯(lián)控制器 相連，接收數(shù)據(jù)；通過一個(gè)RJ-45網(wǎng)口和下行網(wǎng)線與下一級串聯(lián)控制器相連， 發(fā)送數(shù)據(jù)。所述的差分發(fā)送器包括依次信號連接的信號增強(qiáng)芯片、差分信號轉(zhuǎn)換芯 片、網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ-45網(wǎng)口；信號增強(qiáng)芯片和差分信號轉(zhuǎn)換芯片分別與串 聯(lián)控制器中的電源連接，RJ-45網(wǎng)口通過網(wǎng)線與差分接收器連接。所述的差分接收器包括依次信號連接的RJ-45網(wǎng)口、網(wǎng)絡(luò)變壓器、差分信 號解調(diào)芯片和信號增強(qiáng)芯片；差分接收器的RJ-45網(wǎng)口與差分發(fā)送器的RJ-45 網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接；差分接收器的差分信號解調(diào)芯片和信號增強(qiáng)芯片與燈管連 接，由燈管供電。所述的燈管為帶有移位寄存器的燈管。相對現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果1. 成本低廉，相對于每個(gè)燈管都用一個(gè)控制器進(jìn)行控制，本方案用一 個(gè)控制器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)燈管，平均每個(gè)燈管的驅(qū)動(dòng)成本較低，同時(shí)控制器之 間串行連接，實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，減少了中繼設(shè)備；2. 能驅(qū)動(dòng)大規(guī)模燈管顯示，以太網(wǎng)的帶寬為100Mbps，按80%的有效 數(shù)據(jù)、16位灰度和20幀/秒計(jì)算，能驅(qū)動(dòng)250000個(gè)像素，以每個(gè)燈管16個(gè) 像素計(jì)算，能驅(qū)動(dòng)15625只燈管；3. 用戶可以根據(jù)要求制作、預(yù)覽自己設(shè)計(jì)的LED燈飾效果，使景觀燈 飾具有豐富變化的效果。


圖1是基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2是內(nèi)容發(fā)送控制器的軟件流程框圖； 圖3是串聯(lián)控制器結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖4是串聯(lián)控制器中FPGA軟件的流程框圖； 圖5是差分發(fā)送器的原理圖； 圖6是差分接收器的原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。但本實(shí)用新型的 實(shí)施方式不限于此。如圖1所示，基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)包括顯示內(nèi)容發(fā)送控 制器l、串聯(lián)控制器2、差分發(fā)送器3、差分接收器4、帶有移位寄存器的燈 管5。內(nèi)容發(fā)送控制器1與一爭聯(lián)控制器2連接，串聯(lián)控制器2有多個(gè)，多 個(gè)串聯(lián)控制器串聯(lián)連接，每個(gè)串聯(lián)控制器2分別與一個(gè)差分發(fā)送器3相連， 每個(gè)差分發(fā)送器3分別與多個(gè)差分接收器4相連，每個(gè)差分接收器4與帶有 移位寄存器的燈管5連接，多個(gè)帶有移位寄存器的燈管5串聯(lián)連接。內(nèi)容發(fā)送控制器可為PC機(jī)或者是嵌入式控制器，原則上配置越高越好， 一般內(nèi)存要求大于256MBety， CPU主頻高于2GHz， 100Mbps的網(wǎng)卡即可， 其主要功能是通過軟件將待顯示的內(nèi)容封裝成以太網(wǎng)幀，然后發(fā)送給串聯(lián)控 制器。待顯示的內(nèi)容可以從文件中讀取，也可以截取顯示屏上正在顯示的圖如圖3所示，串聯(lián)控制器2包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、以太網(wǎng)物 理層芯片(PHY)、變壓器、兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口和電源模塊。FPGA可采用altera 公司的cyclone系列，如EP2C5等；PHY芯片可采用一個(gè)多端口 PHY芯片 或者兩個(gè)PHY芯片，如realtek公司的RTL8201或RTL8208等；網(wǎng)絡(luò)變壓器 可采用兩個(gè)單端口網(wǎng)絡(luò)變壓器或者一個(gè)多端口網(wǎng)絡(luò)變壓器，如PM45-1040或 MS1642等。PHY芯片通過MII接口與FPGA信號連接，F(xiàn)PGA與差分發(fā)送 器信號連接，F(xiàn)PGA將顯示數(shù)據(jù)或PWM控制信號發(fā)送給差分控制器；PHY還與網(wǎng)絡(luò)變壓器連接，網(wǎng)絡(luò)變壓器分別通過兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口及網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā) 送控制器或串聯(lián)控制器相連，具體是通過上行網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā)送控制器或上一 級的串聯(lián)控制器相連，接收數(shù)據(jù)；通過下行網(wǎng)線與下一級的串聯(lián)控制器相連， 發(fā)送數(shù)據(jù)；電源分別與PHY、 FPGA以及差分發(fā)送器連接，分別為其供電。 如圖5所示，差分發(fā)送器3包括依次信號連接的信號增強(qiáng)芯片(HC245)、 差分信號轉(zhuǎn)換芯片(DS26LS31)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(MS1642)和RJ-45網(wǎng)口。信 號增強(qiáng)芯片(HC245)與串聯(lián)控制器連接，將串聯(lián)控制器發(fā)出的信號增強(qiáng)后 轉(zhuǎn)化為差分信號發(fā)送。信號增強(qiáng)芯片(HC245 )和差分信號轉(zhuǎn)換芯片 (DS26LS31)分別與串聯(lián)控制器中的電源連接。RJ-45網(wǎng)口通過網(wǎng)線與差分 接收器連接。如圖6所示，差分接收器4包括依次信號連接的RJ-45網(wǎng)口、網(wǎng)絡(luò)變壓 器、(MS1642)、差分信號解調(diào)芯片(DS26LS32)和信號增強(qiáng)芯片(HC245); 差分接收器4的RJ-45網(wǎng)口與差分發(fā)送器3的RJ-45網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接；差 分接收器4的差分信號解調(diào)芯片(DS26LS32)和信號增強(qiáng)芯片(HC245)與 燈管連接，由燈管供電，差分信號解調(diào)芯片將接收到的差分信號還原后，由 信號增強(qiáng)芯片驅(qū)動(dòng)燈管顯示。內(nèi)容發(fā)送控制器1設(shè)有截屏軟件。截屏軟件將顯示內(nèi)容發(fā)送給串聯(lián)控制 器，其工作流程如下首先內(nèi)容發(fā)送控制器1讀取用戶通過界面設(shè)置的參數(shù)， 將指定框內(nèi)的屏幕內(nèi)容復(fù)制到內(nèi)存中，取出對應(yīng)燈管位置的像素顏色數(shù)據(jù)，將每個(gè)差分接收器驅(qū)動(dòng)的燈管顯示數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)幀發(fā)送給串聯(lián)控制 器，每個(gè)以太網(wǎng)幀包含串聯(lián)控制器序號、差分接收器序號、像素個(gè)數(shù)、顏色 位數(shù)信息，PWM刷新頻率等配置信息；截屏軟件還可以將發(fā)送的數(shù)據(jù)以幀 為單位保存成文件，以后直接讀取發(fā)送，不用播放器和視頻文件。如圖2所 示，該軟件運(yùn)行具體包括如下步驟實(shí)現(xiàn)讀取設(shè)置參數(shù)(步驟11)，設(shè)置定 時(shí)器，定時(shí)截取屏幕上的內(nèi)容(步驟12)，截取制定框內(nèi)的屏幕內(nèi)容(步驟 13)，取出燈管每個(gè)像素對應(yīng)位置的顏色信息(步驟14)，最后將每個(gè)緩沖 器驅(qū)動(dòng)的像素?cái)?shù)據(jù)封裝成一個(gè)以太網(wǎng)幀發(fā)送(步驟15)。串聯(lián)控制器實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，解析以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀并生成PWM信號的軟件安裝在串聯(lián)控制器的FPGA中。PHY芯片接收到以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)后解析以太網(wǎng)物理層協(xié)議，然后通過MII接口將數(shù)據(jù)傳給FPGA， FPGA 解析以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀并生成PWM信號。具體過程如圖4所示，F(xiàn)PGA接收數(shù) 據(jù)(步驟21) ; FPGA解析以太網(wǎng)MAC層協(xié)議(步驟22);判斷是否為該 串聯(lián)控制器的數(shù)據(jù)(步驟23);如果是，則保存到FPGA內(nèi)的RAM中(步 驟24)，并由FPGA讀取RAM里的顯示數(shù)據(jù)，產(chǎn)生串聯(lián)多像素PWM控制 信號，或者在燈管中放置PWM產(chǎn)生芯片，F(xiàn)PGA將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給該芯片， 由芯片產(chǎn)生PWM控制信號(步驟25);如果不是，重新封裝成以太網(wǎng)幀， 轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)串聯(lián)控制器(步驟26)。應(yīng)用本實(shí)用新型基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)時(shí)，首先連通電源； 然后通過一款播放器，播放視頻文件，打開截屏軟件，進(jìn)行初始化設(shè)置，將 指定框內(nèi)的屏幕內(nèi)容復(fù)制到內(nèi)存中，將對應(yīng)燈管位置的像素顏色數(shù)據(jù)取出， 將每個(gè)差分接收器驅(qū)動(dòng)的燈管顯示數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)幀發(fā)送給串聯(lián)控制器， 每個(gè)以太網(wǎng)幀包含串聯(lián)控制器序號、差分接收器序號、像素個(gè)數(shù)、顏色位數(shù) 信息，PWM刷新頻率等配置信息，截屏軟件還可以將發(fā)送的數(shù)據(jù)以幀為單 位保存成文件，以后直接讀取發(fā)送，不用播放器和視頻文件。點(diǎn)擊發(fā)送，截 屏軟件將顯示內(nèi)容發(fā)送給串聯(lián)控制器，串聯(lián)控制器實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn) 發(fā)的功能，PHY芯片接收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)后解析以太網(wǎng)物理層協(xié)議，然后通過 MII接口將數(shù)據(jù)傳給FPGA， FPGA解析以太網(wǎng)MAC層協(xié)議取出有效數(shù)據(jù)， 判斷是否為該串聯(lián)控制器的數(shù)據(jù)，如果是則保存在內(nèi)部的RAM中，否則轉(zhuǎn) 發(fā)給下一個(gè)串聯(lián)控制器，驅(qū)動(dòng)燈管顯示可以由FPGA讀取RAM里的顯示數(shù) 據(jù)，產(chǎn)生串聯(lián)多像素PWM控制信號，也可以在燈管中放置PWM產(chǎn)生芯片， FPGA將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給芯片，由芯片產(chǎn)生PWM控制信號。差分發(fā)送器將 PWM信號轉(zhuǎn)換為差分信號，有利于減小網(wǎng)線傳輸?shù)氖д妗Ｏ鄬τ诿總€(gè)燈管都用控制器接收和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)再產(chǎn)生PWM信號的方案， 本實(shí)用新型用一個(gè)控制器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)燈管，平均每個(gè)燈管的驅(qū)動(dòng)成本較 低。同時(shí)本實(shí)用新型利用以太網(wǎng)傳輸燈管顯示數(shù)據(jù)，百兆以太網(wǎng)每秒傳輸?shù)?數(shù)據(jù)為100Mbits，按80%的有效數(shù)據(jù)、16位灰度和20幀/秒計(jì)算，能驅(qū)動(dòng)250000個(gè)像素，以每個(gè)燈管16個(gè)像素計(jì)算，能驅(qū)動(dòng)15625只燈管。專利號 為200520009180的實(shí)用新型公開了一種LED智能燈飾通用控制系統(tǒng)裝置， 該裝置利用串口傳輸燈管顯示數(shù)據(jù)，由于pc標(biāo)準(zhǔn)串口最高速率為115.2kbps， 按80%的有效數(shù)據(jù)、16位灰度和20幀/秒計(jì)算，能驅(qū)動(dòng)288個(gè)像素，以每個(gè) 燈管16個(gè)像素計(jì)算，只能驅(qū)動(dòng)18只燈管。而且，應(yīng)用本實(shí)用新型，用戶可 以根據(jù)要求制作LED燈飾效果，在燈管上預(yù)覽和修改，方便靈活，使景觀 燈飾具有豐富的效果。
權(quán)利要求1、基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)中多個(gè)串聯(lián)控制器串聯(lián)連接，內(nèi)容發(fā)送控制器與一端的串聯(lián)控制器連接，每個(gè)串聯(lián)控制器分別與一個(gè)差分發(fā)送器相連，每個(gè)差分發(fā)送器分別與多個(gè)差分接收器相連，每個(gè)差分接收器與串聯(lián)連接的多個(gè)燈管中一端的燈管連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的內(nèi)容發(fā)送控制器可為PC機(jī)或者是嵌入式控制器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的串聯(lián)控制器包括現(xiàn)場可編程門陣列、以太網(wǎng)物理層芯片、變壓器、 兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口和電源模塊；以太網(wǎng)物理層芯片通過MII接口與現(xiàn)場可編程門 陣列信號連接，現(xiàn)場可編程門陣列與差分發(fā)送器信號連接；以太網(wǎng)物理層芯片 還與網(wǎng)絡(luò)變壓器連接，網(wǎng)絡(luò)變壓器分別通過兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口及網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā)送 控制器或串聯(lián)控制器相連，電源分別與現(xiàn)場可編程門陣列、以太網(wǎng)物理層芯片 以及差分發(fā)送器連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的網(wǎng)絡(luò)變壓器分別通過兩個(gè)RJ-45網(wǎng)口及網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā)送控制器或 串聯(lián)控制器相連是指通過一個(gè)RJ-45網(wǎng)口和上行網(wǎng)線與內(nèi)容發(fā)送控制器或上 一級的串聯(lián)控制器相連，接收數(shù)據(jù)；通過一個(gè)RJ-45網(wǎng)口和下行網(wǎng)線與下一級 的串聯(lián)控制器相連，發(fā)送數(shù)據(jù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特 征在于所述的差分發(fā)送器包括依次信號連接的信號增強(qiáng)芯片、差分信號轉(zhuǎn)換 芯片、網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ-45網(wǎng)口；信號增強(qiáng)芯片和差分信號轉(zhuǎn)換芯片分別與 串聯(lián)控制器中的電源連接，RJ-45網(wǎng)口通過網(wǎng)線與差分接收器連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的差分接收器包括依次信號連接的RJ-45網(wǎng)口、網(wǎng)絡(luò)變壓器、差分信 號解調(diào)芯片和信號增強(qiáng)芯片；差分接收器的RJ-45網(wǎng)口與差分發(fā)送器的RJ-45 網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接；差分接收器的差分信號解調(diào)芯片和信號增強(qiáng)芯片與燈管連接，由燈管供電。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)，其特征 在于所述的燈管為帶有移位寄存器的燈管。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種可降低城市景觀燈飾系統(tǒng)成本并擴(kuò)大景觀燈飾系統(tǒng)規(guī)模的基于以太網(wǎng)的城市景觀燈飾控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中多個(gè)串聯(lián)控制器串聯(lián)連接，內(nèi)容發(fā)送控制器與一端的串聯(lián)控制器連接，每個(gè)串聯(lián)控制器分別與一個(gè)差分發(fā)送器相連，每個(gè)差分發(fā)送器分別與多個(gè)差分接收器相連，每個(gè)差分接收器與串聯(lián)連接的多個(gè)燈管中一端的燈管連接。本實(shí)用新型用一個(gè)控制器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)燈管，成本低廉；利用以太網(wǎng)，能驅(qū)動(dòng)大規(guī)模燈管顯示，并使景觀燈飾具有豐富變化效果。
文檔編號H04L12/28GK201104368SQ20072005635
公開日2008年8月20日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者葉展行, 俊 楊, 勇 謝, 賀前華, 陳澤云 申請人:華南理工大學(xué)