阅读说明：本技术 一种灯管编码结构及其自动识别方法 (Lamp tube coding structure and automatic identification method thereof ) 是由 杨明来 光金正 马强 毛崇彬 于 2020-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种灯管编码结构及其自动识别方法,包括灯管,所述灯管包括灯头、灯柱和微控制器,所述灯头接照明灯、激光灯,所述灯柱与灯头用电源线连接,所述灯柱中设有存储芯片和编码电路PCB,编码电路的信号线与微控制器连接,微控制器可以通过读取和修改灯柱里面存储芯片的数据,所述灯柱是由灯壳、散热片、存储芯片和编码电路PCB组成,灯壳为外层包裹层,存储芯片是用于存储灯的型号、电压、电流参数,微控制器可以根据实际需要添加和修改相应的参数。本发明可插拔连接方式解决灯不可拆卸和更换问题,更加方便人们进行使用,便于进行更换,节约成本和时间。(The invention discloses a lamp tube coding structure and an automatic identification method thereof, wherein the lamp tube comprises a lamp cap, a lamp post and a microcontroller, the lamp cap is connected with a lighting lamp and a laser lamp, the lamp post is connected with the lamp cap through a power line, a storage chip and a coding circuit PCB are arranged in the lamp post, a signal line of the coding circuit is connected with the microcontroller, the microcontroller can read and modify data of the storage chip in the lamp post, the lamp post comprises a lamp shell, a radiating fin, the storage chip and the coding circuit PCB, the lamp shell is an outer wrapping layer, the storage chip is used for storing model numbers, voltage and current parameters of the lamp, and the microcontroller can add and modify corresponding parameters according to actual needs. The pluggable connection mode solves the problem that the lamp cannot be disassembled and replaced, is more convenient for people to use and replace, and saves cost and time.)

一种灯管编码结构及其自动识别方法

技术领域

本发明涉及普通照明灯和激光灯设计领域，具体是，涉及一种灯管编码结构及其自动识别方法。

背景技术

随着现代经济和技术的快速发展，智能化的灯将会成为未来灯发展的一个趋势。首先，目前市场上大多数的智能灯是不可拆卸更换的，如果灯坏了就直接报废了。对于多功能的智能灯来说，这种不可以拆卸更换的方式是无法高效利用灯的资源。再者，现在很多智能灯无法识别出灯的种类，也就是说，如果灯坏了只能够更换坏这种类型的灯，无法更换其他类型的灯。这种无法自动识别灯类型的方式使安装和更换缺少灵活性，无法自动识别灯的类型和控制灯的工作已经无法满足现代智能灯的需要了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灯管编码结构及其自动识别方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种灯管编码结构及其自动识别方法，包括灯头、灯柱和微控制器，所述灯头接照明灯、激光灯，所述灯柱与灯头用电源线连接，所述灯柱中设有存储芯片和编码电路PCB，编码电路的信号线与微控制器连接，微控制器可以通过读取和修改灯柱里面存储芯片的数据；

所述灯柱是由灯壳、散热片、存储芯片和编码电路PCB组成，灯壳为外层包裹层，存储芯片是用于存储灯的型号、颜色、电压、电流参数，微控制器可以根据实际需要添加和修改相应的参数，自制的编码电路是由驱动灯的正常工作电路、存储芯片驱动电路和微控制器控制电路三部分组成，微控制器识别出灯的类型,并根据灯类型的工作参数驱动灯正常工作。

优选的，所述存储芯片使用W25Q128或AT24C02。

优选的，所述微控制器通过SPI或IIC通信方式进行数据的修改和读取。

优选的，灯柱和灯为可插拔形式和一体化形式中的任意一种，所述灯柱和灯头是一体设置的，灯柱和微控制器是分离的，支持插拔，所述灯头和灯柱可以是一体的，也可以是分离的。

优选的，有编码的灯是微控制器预先把灯的相关工作参数写入到灯柱的存储芯片中。

优选的，用户把有编码的灯插到带有灯插口的微控制器主板上，微控制器在执行程序的过程中每隔一段时间间隔读取一次灯柱存储芯片的数据，微控制器根据读取到存储芯片的参数来执行相应的灯控制指令。

优选的，灯控制指令包括灯工作电压、灯工作电流、灯的状态、灯的功率、灯颜色亮度配比，所述灯的颜色包括红色和蓝色；

控制灯的功率是在灯工作电压不变情况下，微控制器通过调节PWM占空比来改变灯的工作电流，当占空比为0时，灯就熄灭，从而改变灯的状态；

控制灯颜色亮度配比是当微控制器主板上有若干个固定比例的可插拔的红蓝灯时(如总共15个灯，分别为3个蓝灯和12个红灯，这个是灯比例，这个比例是固定的。后面说的颜色配比是红灯和蓝灯混合起来的亮度比例，这个主要是针对植物补光灯)，通过读取到存储芯片颜色和比例的参数，微控制器根据这个比例参数调节灯的功率，从而实现灯颜色亮度的配比。

本发明的技术效果和优点：

(1)可插拔连接方式解决灯不可拆卸和更换问题，更加方便人们进行使用，便于进行更换，节约成本和时间。

(2)灯管加入存储芯片解决微控制器无法识别灯类型问题，这样使得灯管的适应性更加的强，方便更好的进行使用。

(3)灯管驱动电路解决微控制器与灯管的通讯和控制问题，使得灯管可以更加稳定的运行。

(4)灯的自动识别方法让灯可以即插即用，中间过程无需人为操作，使得灯的使用更加方便智能化。

附图说明

图1是本发明的结构组成图。

图2是本发明的灯柱组成图。

图3是本发明的系统框图。

图4是本发明的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供了如图1-4所示的一种灯管编码结构及其自动识别方法，包括本发明主要由灯头、灯柱和微控制器等三部分组成，如下附图1所示。灯头可以直接接普通的照明灯、激光灯等各种类型的灯，灯柱与灯头是由电源线连接起来。灯柱里面含有存储芯片(W25Q128或AT24C02 等存储芯片)和编码电路PCB，编码电路的信号线与微控制器连接，微控制器(STM32)可以通过一定的通信方式(SPI或IIC通信方式)读取和修改灯柱里面存储芯片的数据。

灯柱是由灯壳、散热片、存储芯片和编码电路PCB等四部分组成。灯壳是最外层包裹层，用来把灯头和电路板包裹和固定层。因为灯若长期工作或功率大会持续发热，所以散热片应靠近灯的位置，方便快速散热。存储芯片是用于存储灯的型号、颜色、电压、电流等参数，微控制器(STM32)可以根据实际需要添加和修改相应的参数。自制的编码电路是由驱动灯的正常工作电路、存储芯片驱动电路和微控制器控制电路等三部分组成，目的是能让微控制器识别出灯的类型并根据灯类型的工作参数驱动灯正常工作。

如下附图2所示：左边是灯引脚，中间是自制的电路板，右边是一排用于与微控制器连接的引脚。灯柱和灯是一体的，也可以是分离的，而灯柱和微控制器是分离，支持插拔式的。如果灯坏了，用户只需要简单的插拔就可以更换灯了，而且还可以更换不同类型的灯，因为灯有存储芯片，微控制器可以根据存储芯片的参数来驱动不同类型的灯正常工作。

如下附图3系统框图所示，虚线方框是一整体的，不可以分离的，灯头与虚线方框可以是一整体，也可以是分离的，可以把灯头和虚线方框部分称为有编码的灯(编码灯)。有编码的灯与微控制器是可分离的，它们的连接方式是插拔方式，这样很方便灯的更换。首先，有编码的灯是微控制器预先把灯的相关工作参数写入到灯柱的存储芯片中。这个给灯编码的过程一般是在有编码的灯出厂的时候完成的，在出厂后实际使用中是支持用户自行更改的，但是一般都不建议用户随意更改灯柱里存储芯片的参数，这样出厂就使每个灯都带有它的工作相关参数。然后，用户把有编码的灯插到带有灯插口的微控制器上，微控制器在执行程序的过程中每隔一段时间间隔(如 50毫秒)读取一次灯柱存储芯片的数据，微控制器处理读取到存储芯片的数据来控制灯的正常工作。这样微控制器就可以完成了对不同类型灯的识别和控制。

微控制器程序执行如下附图4系统流程图所示，程序初始化完成后，设定一个时间片(如50毫秒)，在这个时间片内分别完成读取灯管存储芯片的数据、处理得到控制灯管数据、驱动灯工作程序和其他用户程序。因为程序在循环中一直读取灯管芯片存储的数据，所以支持热插拔，即在更换灯的过程中可以不断电。这样灵活性很高，更换操作也十分方便。

以下是以植物生长补光灯为例说明。

植物生长补光灯是由若干个波长在460±40nm蓝光激光灯和若干个波长在680±40nm红光激光灯按照一定的比例(如12个红灯，3个蓝灯，灯的比例是4:1)搭配组成的。因为不同植物需要的光照都不同，所以蓝灯红灯的比例搭配，具体的比例可根据实际情况进行合理选择，和功率大小的选择也存在差异。因此，植物生长补光灯需要有一种支持方便可拆卸更换的连接方式，这种可插拔连接方式既要物理牢固也要电气接触良好。此外，微控制器还要能够自动识别和控制蓝灯和红灯工作。从而达到用户需要调整蓝灯和红灯的搭配比例，只需要把红灯拆卸下换蓝灯或蓝灯拆卸下换红灯即可完成搭配比例的调整，植物生长补光灯就可以正常工作，不需要用户进行太多繁琐的操作，同时也能够减少更换的出错率，从而大大提高效率，使得植物生长补光灯变得更加灵活和智能化。

植物生长补光灯可以由3个460nm的蓝光激光灯和12个660nm的红光激光灯按照5×3排列组成。其中蓝灯额定电压6V、额定功率80mW；红灯时额定电压5V、额定功率120mW。蓝灯红灯均可以通过自制电路，如2所示，即存储芯片及其***电路，让微控制器通过PWM方式控制蓝灯红灯的亮度。蓝灯和红灯搭配比例不限于上述这个比例。

根据本发明附图要求，自制的灯管组成：灯头接蓝灯(红灯)，灯柱包含 AT24C02存储芯片、自制的电路板、散热片和灯壳。这部分自制的灯管集成一个整体，以下称为灯管。

根据本发明附图要求，微控制器可选STM32，通信方式可选IIC协议。这部分和自制的植物生长补光灯PCB作为一个整体，以下称为主板。主板留15 个供灯管使用的插口，这些插口都能够接红灯或蓝灯灯管。

灯管与主板是两个互相独立的整体。安装和拆卸更换方式只需要把灯管插到主板上即可，调整红灯和蓝灯的搭配比例只需要把上面的灯拔下来再把需要的灯插上去即可完成。如果主板上的灯管烧了或坏了，只需要把坏的灯管拆卸下来重新安装好的上去即可，STM32自动通过IIC协议读取灯管存储芯片的数据，并对灯进行自动控制，无需要过多的繁琐操作，对后期的维护非常便利。

植物补光灯主板自动识别灯管的方法是STM32在每一个程序运行周期里通过IIC通信协议读取灯管里面编码芯片的信息，然后再控制灯的状态、亮度、灯颜色亮度搭配比例。灯的亮度是STM32通过调节PWM占空比的大小来改变灯的功率，PWM占空比100％代表灯的满功率运行，PWM占空比为0％代表灯熄灭，灯的亮度变化是调节PWM占空比从1％～100％来实现灯亮度变化。灯颜色亮度搭配比例调节是植物补光灯主板上的红灯和蓝灯个数已经固定了，改变的是各个红灯和各个蓝灯的亮度比例，从而改变整个植物补光灯红灯和蓝灯的颜色亮度比例。如果需要改变植物补光灯上红灯和蓝灯个数比例是需要通过手动更换灯管来实现。

例如，一个植物补光灯主板上有15个灯，其中红灯12个，蓝灯3个，即红灯和蓝灯个数比例是4:1，如果需要把这个比例更改为2:1，则需要手动把2个红灯更换为蓝灯，从而变成10个红灯，5个蓝灯。灯颜色亮度搭配比例是已经在植物补光灯主板上固定了红蓝灯个数灯比例(如4:1)，如现在红灯占空比60％，蓝灯占空比30％，则灯颜色亮度搭配比例是2:1。如果要改变这个亮度比例为3:1，可以把红灯占空比调节为90％或者把蓝灯的占空比调节为20％，从而改变灯颜色亮度搭配的比例。这个例子的数据只是植物补光灯的一个比例数据，对于其他比例数据也适用。

使用步骤：

灯管在出厂时对灯管里面的存储芯片编程写入灯的相关信息，用户也可以在安装到植物生长补光灯前通过相应的操作进行修改存储芯片的相应的数据或用户根据需要适当增加一些需要的参数。如设置每周星期一晚上6点到早上5点工作，这个只是做个简单的解释，实际看用户如何设置。

在按照一定的搭配蓝灯红灯灯管后，上电后STM32就会自动执行相应的程序来控制植物生长补光灯了。STM32是通过IIC读取灯管里AT24C02存储芯片的数据来识别出灯是红灯还是蓝灯，工作电压和电流需要多少，还有根据用户调整，蓝灯红灯什么时候亮灭，需要亮度多少，这些都是可以调整的。它具有操作简单，搭配比例灵活和智能控制灯特点。

在长时间运行后，蓝灯或红灯有可能出现寿命到了，需要更换时也十分方便。用户只需要简单的拆卸植物生长补光灯的外壳螺丝钉，然后对坏的灯管直接拔下，把好的灯管插上，然后把补光灯的扭紧外壳螺丝钉即可完成维修。植物生长补光灯就可以继续正常工作。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求等同物限定。