CZ2012552A3

CZ2012552A3 - Univerzální jednočipové řídicí zařízení

Info

Publication number: CZ2012552A3
Application number: CZ2012-552A
Authority: CZ
Inventors: Dalibor Slovák
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-01-15
Also published as: WO2014026659A3; EP2896276A2; WO2014026659A2; CZ304233B6

Abstract

Obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídícího napětí. Vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy, zatímco na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5 V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu. Univerzální jednočipové řídící zařízení je určeno k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako jsou mimo jiné osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektů.

Description

Univerzální jednočipové řídící zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká univerzálního jednočipového řídícího zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako je např. osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektů.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou známa především řídící zařízení, která využívají protokol DMX512. Tento patří ve většině případů k základní výbavě všech profesionálních zařízení, která slouží k provozu světelné jevištní techniky. Je první digitální náhradou analogového řízení, kde zakladm řídicí veličinou je konkrétní hodnota napětí. Jeho specifikace vychází z průmyslového standardu EIA485, který byl dříve značen jako RS485. Protokol DMX512 byl navržen v roce 1986 institutem US1TT (United States Institute for Theatre Technology) pro řízení stmívačů a dalších speciálních efektů pomocí digitálního rozhraní. Měl nahradit do té doby používané analogové řízení, kde jako řídicí veličina sloužila výše zmiňovaná konkrétní hodnota napětí na řídicím kabelu. S tím bylo spojeno hned několik potíží. Pro každý řízený vstup (např. jeden kanál stmivače) byl potřeba jeden vodič, navíc nebyla vždy přesně dána řídicí veličina, neboť vlivem výrobních tolerancí mohla různá zařízení chápat či naopak vydávat mírně odlišné povely. Základem protokolu DMX512 je jeho elektrická specifikace. Ta vychází z již zmiňovaného, osvědčeného průmyslového standardu EIA485. Vzhledem k používání tohoto standardu v průmyslu jsou i technické prostředky pro jeho implementaci levné a přizpůsobené pro náročné podmínky. Pro přenos se využívá tří-pinový případně pěti-pinový konektor XLR. Jelikož data jsou přenášená po dvou vodičích a třetí vodič je zemnicí, není u pěti-pinového konektoru čtvrtý a pátý pin využíván. V praxi se používá především tří-pinový konektor. Pokud je v rámci jedné světelné sestavy využíváno více světelných jednotek, jsou zapojovány topologií sběrnice. Jednotlivá zařízeni se určují adresně pomocí tabulek, které vytváří vždy výrobce daného zařízení. Vzhledem k impedančnímu přizpůsobení je nutno připojovat k poslední jednotce terminátor.

Nevýhodou využití protokolu DMX512 je skutečnost, že prodražuje světelná zařízení a snižuje jejich dostupnost pro širší masy uživatelů, kteří by rádi obohatili svou produkci i o vizuální efekty. Další nevýhodou související s protokolem DMX512 je nutnost vybavit mateřské zařízeni modulem, který dokáže transformovat audio signál, případně MIDI povely do příkazů protokolu DMX512. Tato funkčnost se samozřejmě také odráží v ceně zařízení.

Podstata vynálezu

K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá do značné míry univerzální jednočipové řídící zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení podle vynalezu, které je mimo jiné použitelné i pro osvětlovací zařízení a techniku vizuálních jevištních efektů.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že univerzální jednočipové řídící zařízení obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídicího napětí. Vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy. Na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.

Mikroprocesorová jednotka univerzálního jednočipového řídícího zařízení může být vybavena jedním až osmi výstupy k připojení zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí, případně USB vstupem k připojení na centrální počítač.

Zdrojem řídicího signálu může být s výhodou přehrávač záznamu obsahujícího audio stopu hudební nahrávky a alespoň jednu stopu MIDI řídicího signálu.

Jednočipový vysoce univerzální kontrolér podle vynálezu je možno zapojovat do jakéhokoliv koncového zařízení, např. s jeho pomocí koordinovat vizuální efekty na jevišti spolu s hudbou. Zařízení je koncipováno tak, že je možno programově ošetřit nejen klávesy (čísla not), na ktere bude zařízení reagovat, ale také je možno přes výkonový stupeň připojit nejen světelná zařízeni, ale i jakákoliv kompatibilní elektrická zařízení, která jako vstup používají TTL logiku tedy napr. motory čerpadel vodních fontán nebo zařízení vytvářející umělý dým. Mezi základní výhody zařízení patří jeho výrobní cena. Další výhodou je jeho snadná implementace do koncových stupňů světelných aplikací. Ze zařízení bude dostupný pouze USB konektor a případně přepínač jumperu pro snadné přeprogramování samotné aplikace v případě změn ve světelné sestavě. Významným přínosem je možnost využít jakákoliv efektová zařízení bez ohledu na to, jakým protokolem disponují či nedisponují v rámci své softwarové výbavy. Jediným nutným předpokladem je ošetření výstupů pro světelnou sestavu pomocí tlumivek v případě velkých příkonu z důvodů ovládání intenzity pomocí pulzně šířkové modulace. Zařízení je jistě dále konfigurovatelné a programovatelné.

Příklad vynálezu

Univerzální jednočipové řídící zařízení v příkladném provedení obsahuje mikroprocesorovou jednotku - v příkladném provedení konkrétně PIC 18F2550 (Microchip), propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídícího napětí. Zdrojem pro generování časového signálu je XTAL 20MHz s dvojicí keramických kondenzátorů 15pF. Flodnota tohoto krystalu byla vybrána z důvodu jeho dostupnosti, samotný mikrokontroler umožňuje použití krystalu v hodnotách (4, 8, 12, 16, 20, 24, 40, 48 MHz). Mikrokontroler je vybaven i vnitřním RC oscilátorem, ale pro zapojení využívající USB port je nutné použít přesný zdroj hodinového kmitočtu - krystal.

Vstup mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy. Každá MIDI zpráva může obsahovat hodnotu od 0 do 255, tedy celkem 256 různých hodnot. Zprávy MIDI jsou rozděleny do dvou základních kategorií: zprávy Status a Data. Zpráva Status slouží k určení druhu informace, která je skrze MIDI posilana. Oznamuje zařízení, které zprávu přijímá, která událost náleží kterému kanalu MIDI a o jakou událost se jedná. Může jít např. o události: Note On, Pitch bend (změna výsky tonu), Program Change (změna patche) nebo aftertouch (poslední událost nastává v okamžiku, kdy je vyvinut další tlak na již stlačenou notu). Datové bajty obsažené ve zprávě zase zařízeni informuji o tom, jaké hodnoty jsou přiřazeny událostem, které v sobě nese Status Byte.

Mikroprocesorová jednotka univerzálního jednočipového řídícího zařízení je vybavena osmi výstupy k připojení řízených zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.

K připojení na centrální počítač je pak mikroprocesorová jednotka vybavena příslušným USB vstupem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Univerzální jednočipové řídící zařízení k programovému řízení elektricky poháněných strojů a zařízení, jako jsou mimo jiné osvětlovací zařízení a technika vizuálních jevištních efektu, vyznačující se tím, že obsahuje mikroprocesorovou jednotku propojenou s externím časovačem a vybavenou softwarovým modulem pro transformaci logických hodnot diskrétního signálu na hodnoty spojitého signálu řídícího napětí, při čemž vstup této mikroprocesorové jednotky je spojen prostřednictvím USB portu s alespoň jedním zdrojem řídicího signálu na bázi MIDI zprávy, zatímco na výstup, resp. výstupy mikroprocesorové jednotky je připojeno alespoň jedno zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí v rozsahu 0 až 5,5V v závislosti na logických hodnotách diskrétního vstupního signálu.
2. Univerzální jednočipové řídící zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho mikroprocesorová jednotka je vybavena jedním až osmi výstupy k připojení zařízení se stavy ovládanými spojitými hodnotami výstupního elektrického napětí.
3. Univerzální jednočipové řídící zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho mikroprocesorová jednotka je vybavena USB vstupem k připojení na centrální počítač.
4. Univerzální jednočipové řídící zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdrojem řídicího signálu je přehrávač záznamu obsahujícího audio stopu hudební nahrávky a alespoň jednu stopu MIDI řídicího signálu.