DE102016103812B4

DE102016103812B4 - Endgerät, Endgerätesystem, Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformationen von Endgeräten und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102016103812B4
Application number: DE102016103812.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dörner; Holger Rüther
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Traxon Technologies Ltd Hk
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: DE102016103812A1; WO2017148938A1

Abstract

Endgerät (10, 20, 30) mit
- einem Signaleingang (11, 21, 31) zum Empfang eines seriellen Eingangssignals (1, 2, 3),
- einer Signalverarbeitungsvorrichtung (13, 23, 33), die geeignet ist, im Eingangssignal (1, 2, 3) eine Länge eines Abschnitts (6) mit Markierungsdaten zu detektieren sowie der Länge einen Positionswert zuzuordnen und die geeignet ist, ein verändertes Signal zu generieren, das das Eingangssignal (1, 2, 3), in dem ein Steuerdatensatz (71, 72, 73, 74, 75, 76) des Eingangssignals (1, 2, 3) durch Markierungsdaten ersetzt worden ist, umfasst, und
- einem Signalausgang (12, 22, 32) zur Ausgabe eines seriellen Ausgangssignals (2, 3, 4), der geeignet ist, das veränderte Signal als Ausgangssignal (2, 3, 4) bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endgerät und ein Endgerätesystem, vorzugsweise im Bereich der Bühnen- und Veranstaltungstechnik aber auch der allgemeinen Beleuchtungstechnik. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformationen von Endgeräten, um deren Position in der Endgeräteabfolge eines Endgerätesystems zu ermitteln, und ein Computerprogrammprodukt, um das Verfahren auf einem Hauptgerät oder den Endgeräten des Endgerätesystems durchzuführen.
In der Bühnen- und Veranstaltungstechnik wird zur Ferngerätesteuerung oft das digitale Steuerprotokoll DMX verwendet. Dies erlaubt die Steuerung von Endgeräten über einen Bus durch ein Hauptgerät. Solche Endgeräte können beispielsweise Leuchten, Dimmer, farbveränderliche Scheinwerfer, freibewegliche Multifunktionsscheinwerfer, Effektgeräte, Nebelmaschinen oder Steuergeräte für Bühnentechnikgeräte, wie beispielsweise die vorgenannten, sein. Die Abkürzung DMX steht für „Digital Multiplex“. In diesem Zusammenhang sei auf den entsprechenden Standard ESTA DMX Norm E1.11 - 2008 USITT DMX 512-A verwiesen.
Die DMX-Datenübertragung erfolgt über eine asynchrone serielle Schnittstelle. Ein DMX-Paket, manchmal auch als Telegramm bezeichnet, beginnt mit mindestens 22 Bits logisch 0. Dieser Abschnitt wird „Break“ (deutsch: Pause) genannt. Er ermöglicht eine einfache Erkennung des Paketanfangs. Darauf folgt ein so genanntes „Mark after Break“ (deutsch: Markierung nach der Pause) von 2 Bits mit logisch 1. Dann wird ein Startbyte, das bei DMX-Übertragung den Wert logisch 0 hat, übertragen. Anschließend werden Kanalbytes mit Informationen zur Ansteuerung der Endgeräte gesendet. Es können, müssen aber nicht, bis zu 512 Kanalbytes übertragen werden. Das erste gesendete Kanalbyte ist für den ersten Kanal, das zweite Kanalbyte für den zweiten Kanal, und so weiter.
Bei DMX-A kann das Startbyte auch Werte ungleich logisch 0 annehmen, um Informationen zu übertragen, die nicht zur Ansteuerung der Endgeräte dient. Damit besteht die Möglichkeit, Anfragen an Endgeräte zu starten oder neue Software auf die Endgeräte zu laden. Das Protokoll zum Datenaustausch zwischen Hauptgerät und Endgeräten wird als RDM bezeichnet. RDM steht für „Remote Device Management“, deutsch Gerätefernverwaltung, und ermöglicht die Abfrage und Konfiguration von an den DMX-Bus angeschlossenen Endgeräten. Es erlaubt die Kommunikation zwischen einem Hauptgerät zur Steuerung von Endgeräten und eben diesen Endgeräten.
Eine typische Anwendung für einen DMX/RDM-Bus ist die Ansteuerung mehrerer Leuchteinrichtungen, beispielsweise Scheinwerfer für Bühnen- oder Veranstaltungstechnik. Das Hauptgerät steuert die einzelnen Leuchteinrichtungen gezielt an, um zeitlich veränderliche Leuchteffekte zu erzielen. Ein solcher Leuchteffekt ist beispielsweise ein laufendes Licht, bei dem in einer Reihe angeordnete Leuchteinrichtungen nacheinander an- und wieder abgeschaltet werden, um den Effekt eines entlang der Leuchteinrichtungen laufenden Lichts zu erzielen.
Bei einem konventionellen DMX/RDM-Bus sind die einzelnen Endgeräte, oder Busteilnehmer, parallel am Bus angeschlossen. Daher ist die Bestimmung der Endgeräteposition durch die Steuerungssoftware auf dem Hauptgerät nicht möglich. Soll die Steuerungssoftware beispielsweise ein Lauflicht generieren, ist eine genaue Kenntnis der Position der Endgeräte sowie deren jeweiliger Adresse erforderlich. Die Adresse bezeichnet den ersten Kanal, über den Steuerinformation für das Endgerät bereitgestellt wird. Jedes Endgerät verfügt zudem über eine eindeutige Kennung (englisch: „unique identifier“, abgekürzt UID). Diese muss mit der Position der Leuchte und ihrer DMX-Adresse in Verbindung gebracht werden.
Wünschenswert ist die Identifikation der Position der Endgeräte am DMX/RDM-Bus beziehungsweise ihrer Reihenfolge entlang des Busses und damit die Zuordnung der RDM-Daten zu einem Endgerät. Die Kenntnis der Positionen der Endgeräte erlaubt beispielsweise, diese so anzusteuern, dass Lichteffekte, beispielsweise ein laufendes Licht, durch ein gezieltes Zusammenspiel der Endgeräte generiert werden können.
Bei RDM-fähigen Endgeräten erfolgt deren Identifikation über ein von der Steuerungssoftware übermitteltes Identifikationskommando, welches das Endgerät, beispielsweise die Leuchte, dazu bringt, sich bemerkbar zu machen, beispielsweise durch Blinken. Eine mit der Konfiguration des Systems betraute Person sieht die blinkende Leuchte, stellt ihre Position in der Abfolge von Endgeräten fest und verknüpft die Steuerungssoftware mit der Kennung der Leuchte, an welche das Identifikationskommando gesendet worden ist. Dieses Verfahren ist durch die menschliche Komponente fehlerbehaftet und mit erheblichem Aufwand verbunden, der durch geeignete Automatisierung reduziert werden soll.
US 2011/0103401 A1 beschreibt ein Datenkommunikationsverfahren zum Übertragen eines Datenpakets, das Datenbytes in einer Daisy-Chain-Busstruktur eines LED-Beleuchtungssystems umfasst. Bei dem Verfahren wird ein Datenpaket, ohne ein erstes Datenbyte aus dem eingehenden Datenpaket zu entfernen, durch Knoten einer Gruppe erneut übertragen, mit Ausnahme des letzten Knotens der Gruppe, der das erste Byte aus dem Datenpaket vor der erneuten Übertragung entfernt.
DE 10 2004 043 197 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung, die aus mehreren miteinander verbundenen Lichtmodulen besteht, die jeweils eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Lichtmoduls aufweisen. Die einzelnen Steuervorrichtungen entnehmen die für sie bestimmten Steuerdaten einem an sie übertragenen Steuerdatenstrom, der von einer zentralen Steuereinheit stammt. Die Steuervorrichtung wenigstens eines Lichtmoduls verändert den Steuerdatenstrom und leitet diesen veränderten Steuerdatenstrom an die Steuervorrichtung eines anderen Lichtmoduls weiter.
DE 10 2010 002 758 A1 beschreibt ein Verfahren zur Zuweisung von Adressen in einem Beleuchtungssystem, aufweisend einen Kommunikationsbus und Teilnehmer, die in Serie über den Kommunikationsbus verbunden sind. Der Kommunikationsbus wird sowohl für die Zuweisung einer jeweiligen Adresse an mindestens einen Teil der Teilnehmer als auch für die Übertragung von Betriebsdaten nach der Adressvergabe verwendet.
DE 10 2015 121 745 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fernverwaltung von Endgeräten durch ein Hauptgerät. Die Endgeräte sind an einem Bus angeschlossen und können den ihnen nachgeschalteten Busbereich für eine Datenübertragung freischalten oder sperren. Bei dem Verfahren erfolgt eine Identifizierung eines Endgeräts, dem keine Adresse zugeordnet ist, mittels Abfrage durch das Hauptgerät; eine Zuweisung einer Adresse an das identifizierte Endgerät durch das Hauptgerät; und eine Freischaltung des Busbereichs, der dem Endgerät nachgeschaltet ist.
US 20130089157 A1 beschreibt ein Verfahren zur Zuweisung von Identifikationscodes zu Vorrichtungen. Jede Vorrichtung beinhaltet eine Steuerung, einen Speicher und einen Schalter, wobei die Vorrichtungen in einer Reihenschaltung verbunden sind. Das Verfahren beinhaltet das Öffnen aller Schalter, das Liefern eines Signals mit einem Identifikationscode an die erste Vorrichtung der Serienschaltung, und das Speichern des Identifikationscodes im Speicher der ersten Vorrichtung, das Schließen des Schalters der ersten Vorrichtung zum Verbinden mit der nächsten Vorrichtung in der Serienschaltung, das Senden einer Bestätigung an die Serienschaltung und das Wiederholen des Prozesses für jede der Vorrichtungen nacheinander für jede der Vorrichtungen in der Serienschaltung und das Zuweisen eines anderen Identifikationscodes an jede der Vorrichtungen.
US 20130293157 A1 beschreibt eine Adressierungstechnik einer automatischen Leuchte.
Das Problem wird gelöst durch Endgeräte, ein Endgerätesystem, ein Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformationen und ein Softwareprodukt, mittels derer eine automatische Identifikation möglich ist. Es entfällt die Notwendigkeit, jedes Endgerät einzeln zu identifizieren, um seine Position am Bus durch die mit der Konfiguration betraute Person manuell zu ermitteln. Die Vergabe der DMX-Adressen und ihre Zuordnung zu den Kennungen für die RDM-Übertragung können automatisch erfolgen.
Das Endgerät umfasst einen Signaleingang zum Empfang eines seriellen Eingangssignals sowie eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die geeignet ist, im Eingangssignal die Länge eines Abschnitts mit Markierungsdaten zu detektieren sowie der Länge einen Positionswert zuzuordnen. Sie ist ferner geeignet, ein verändertes Signal zu generieren, das das Eingangssignal umfasst, bei dem ein Steuerdatensatz des Eingangssignals durch Markierungsdaten ersetzt worden ist. Das Endgerät umfasst ferner einen Signalausgang zur Ausgabe eines seriellen Ausgangssignals, der geeignet ist, das veränderte Signal als Ausgangssignal bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele der Endgeräte sind Geräte im Bereich der allgemeinen Beleuchtungstechnik sowie im Bereich der Bühnen- und Veranstaltungstechnik, beispielsweise Leuchten, Dimmer, farbveränderliche Scheinwerfer, freibewegliche Multifunktionsscheinwerfer, Effektgeräte, Nebelmaschinen oder Steuergeräte für Bühnentechnikgeräte, wie beispielsweise die vorgenannten.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist zwischen Eingang und Ausgang gekoppelt und geeignet, die Daten des Eingangssignals auszulesen, zu verändern und dann ausgangsseitig bereitzustellen. Sie kann in integrierter oder Komponentenbauweise ausgeführt sein und Treiberfunktion, Mikrokontrollerfunktion und/oder Schnittstellenfunktion aufweisen. Treiber können dem Eingang nach- und dem Ausgang vorgeschaltet sein. Eine Schnittstelle zwischen Eingang und Ausgang oder den Treibern ermöglicht den Datenaustausch mit dem Endgerät. Ein Mikrokontroller oder FPGA (Abkürzung für „Field Programmable Gate Array“, dt. im Feld [also vor Ort] programmierbare Gatter-Anordnung), gekoppelt mit der Schnittstelle, verarbeitet die Daten, beispielsweise zur Ansteuerung des Endgeräts, und verändert sie vor der ausgangsseitigen Bereitstellung.
Das Eingangssignal ist ein Datenstrom, der zumindest einen Steuerdatensatz enthält. Der Steuerdatensatz umfasst Bits mit Informationen zur Ansteuerung des Endgeräts. Dies können für Leuchten beispielsweise Helligkeitsinformationen sein. Im Fall des DMX-Protokolls werden Daten paketweise übertragen. Ein Paket enthält neben Steuerdatensätzen für mehrere Endgeräte weitere Informationen, die den Paketanfang signalisieren.
Markierungsdaten enthalten keine Steuerinformationen. Sie haben vorteilhafterweise einen vorgegebenen Wert, beispielsweise logisch 1. Es sei ferner bemerkt, dass die Eigenschaft der Signalverarbeitungsvorrichtung, die Länge des Abschnitts mit Markierungsdaten zu detektieren, natürlich auch umfasst, einen Abschnitt mit verschwindender Länge oder Dauer, das heißt Null, zu detektieren.
Im Ausgangssignal ist der Steuerdatensatz, der Informationen zur Ansteuerung des Endgeräts bereitgestellt hat, durch Markierungsdaten überschrieben worden, sodass diese Steuerdaten nachgeschalteten Endgeräten nicht mehr zur Verfügung stehen. Im dem Endgerät nachgeschalteten Endgerät liegt das Ausgangssignal als Eingangssignal an. Das nachgeschaltete Endgerät kann anhand der Länge des Abschnitts mit Markierungsdaten erkennen, wie viele Steuerdatensätze bereits zuvor zur Ansteuerung anderer Endgeräte verwendet worden sind. Da mit zunehmender Anzahl von Endgeräten, durch die der Datenstrom gelaufen ist, der Abschnitt mit Markierungsdaten immer länger wird, lässt dessen Länge Rückschlüsse auf die Position des Endgeräts in der Endgeräteabfolge zu.
Bei einem Endgerätesystem mit einer Mehrzahl von Endgeräten, die in einer Abfolge in Reihe geschaltet sind, und einem Hauptgerät zur Ferngerätesteuerung der Mehrzahl von Endgeräten korreliert der Positionswert eines der Endgeräte mit der Position des Endgeräts in Endgeräteabfolge. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass der Positionswert die Position des Geräts in der Abfolge direkt angeben muss.
Das Eingangssignal, das am Eingang des Endgeräts anliegt, umfasst eine Abfolge von Steuerdatensätzen, die, bei nicht verschwindender Länge des Abschnitts mit Markierungsdaten, auf eben diesen Abschnitt folgen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist geeignet, den führenden Steuerdatensatz auszulesen und im veränderten Signal durch Markierungsdaten zu ersetzen. Auf diese Weise verlängert sich der Abschnitt mit Markierungsdaten vor den Steuerdatensätzen mit jedem Endgerät, das der Datenstrom durchläuft.
Ausführungsbeispiele von Endgeräten, die zu ihrer Ansteuerung mehr als einen Steuerdatensatz benötigen, sind geeignet, eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Steuerdatensätzen, die den führenden Steuerdatensatz umfasst, auszulesen und durch Markierungsdaten zu ersetzen. Die Anzahl der von einem Endgerät benötigten Steuerdatensätze, oder Kanäle, wird auch als „Footprint“ bezeichnet. So benötigt eine farbige RGB-Leuchte beispielsweise drei Farbkanäle; ihr Footprint ist drei.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist vorteilhafterweise geeignet, die Länge des Abschnitts mit Markierungsdaten durch die Länge eines Steuerdatensatzes zu dividieren und in Abhängigkeit des Ergebnisses den Positionswert zuzuordnen. Unter Länge des Abschnitts kann sowohl die Anzahl der Bits oder Bytes verstanden werden, die der Abschnitt umfasst, als auch die Dauer, die der Abschnitt am Eingang anliegt. Diese Dauer bezeichnet die Länge eines Zeitintervalls, sodass auch, wenn im Folgenden von „Länge“ die Rede ist, nicht nur die Länge eines Datenabschnitts in Bits gemeint ist, sondern sich die entsprechenden Ausführungen auch auf die Dauer, die dieser Datenabschnitt anliegt, beziehen. Bei vorgegebener Datenrate, wie es beim DMX-Protokoll der Fall ist, lassen sich diese Werte in eindeutiger Weise ineinander überführen: Die Datenübertragungsrate ist die Anzahl der Dateneinheiten pro Zeiteinheit, sodass sich die Zeitdauer, die eine Datensequenz dauert, ergibt als Anzahl der Dateneinheiten geteilt durch die Datenübertragungsrate.
Vorteilhafterweise ist die Signalverarbeitungsvorrichtung geeignet, den Positionswert in Erwiderung eines am Eingang des Endgeräts anliegenden Abfragesignals zu übertragen. Somit kann das Hauptgerät im Endgerätesystem den Positionswert abfragen und damit Information über die Position des Endgeräts im System erlangen. Diese Information kann mit einer eindeutigen Kennung beziehungsweise UID des Endgeräts, an das die Abfrage adressiert gewesen ist, verknüpft werden.
Vorteilhafterweise ist das Endgerät geeignet, durch das DMX/RDM-Protokoll Daten mit dem Hauptgerät auszutauschen.
Ein Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformation von Endgeräten in einem Endgerätesystem mit einem Hauptgerät und einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Endgeräten umfasst, ein Eingangssignal an eines der Endgeräte anzulegen, eine Länge eines Abschnitts mit Markierungsdaten im Eingangssignal zu detektieren, einen Positionswert, der mit der Position des Endgeräts im Endgerätesystem in Beziehung steht, anhand der Länge zu bestimmen und einen Steuerdatensatz des Eingangssignals durch Markierungsdaten zu ersetzen, und das veränderte Signal ausgangsseitig am Endgerät bereitzustellen. Anhand des Positionswerts ist eine Positionsbestimmung oder DMX-Adressbestimmung des Endgeräts im Endgerätesystem möglich.
Vorteilhafterweise generiert das Hauptgerät ein Signal, das als Eingangssignal an dem dem Hauptgerät nachgeschalteten Endgerät anliegt. Die ausgangseitig von den Endgeräten bereitgestellten Signale liegen jeweils als Eingangssignal an dem nachgeschalteten Endgerät an. Das Hauptgerät stellt einen Datenstrom bereit, der sukzessive die Endgeräte durchläuft und Steuerinformationen für jedes der Endgeräte enthält.
Das Eingangssignal umfasst eine Abfolge von Steuerdatensätzen, die, bei nicht verschwindender Länge des Abschnitts mit Markierungsdaten, auf eben diesen Abschnitt folgen. Das Endgerät liest den führenden Steuerdatensatz oder eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Steuerdatensätzen, die den führenden Steuerdatensatz umfasst, aus und ersetzt ihn beziehungsweise sie durch Markierungsdaten. Somit wird der Abschnitt mit Markierungsdaten nach jedem Endgerät länger und erlaubt dadurch einen Rückschluss auf die Position des Endgeräts.
Die Bestimmung des Positionswertes umfasst die Länge des Abschnitts mit Markierungsdaten durch die Länge eines Steuerdatensatzes zu dividieren, sodass jedes Endgerät detektieren kann, wie viele Steuerdatensätze von vorgeschalteten Endgeräten bereits ausgelesen und überschrieben worden sind, was einen Rückschluss auf die Position des Endgeräts erlaubt. Je weiter das Endgerät vom Hauptgerät entfernt ist, desto höher ist sein Positionswert. Wenn die Abfolge von Steuerdatensätzen unmittelbar aufeinanderfolgende Steuerdatensätze umfasst, lassen sich ohne Rechenungenauigkeit durch die Division die bereits verwendeten Steuerdatensätze ermitteln. Unmittelbar bedeutet bei einem DMX-Datenstrom, dass keine „Mark-between-Bytes“, siehe Standard ESTA DMX Norm E1.11 - 2008 USITT DMX 512-A, zwischen den Datensätzen gesendet werden.
Das Verfahren umfasst ferner das Abfragen des Positionswerts eines der Endgeräte durch das Hauptgerät und die Übertragung des Positionswerts vom Endgerät an das Hauptgerät. Dadurch wird die Positionsinformation an das Hauptgerät übermittelt, das daraus die eigentliche Position des Endgeräts und seine DMX-Adresse ermitteln kann. Gemäß dem DMX-RDM-Protokoll können Daten, wie solch eine Abfrage und deren Antwort, zwischen dem Endgerät und der Hauptgerät ausgetauscht werden.
Die Reihenfolge der Positionswerte der Endgeräte entspricht der Abfolge der Endgeräte in der Reihenschaltung.
Durch die Verwendung der oben beschriebenen DMX-Autoadressierung, bei dem jedes Endgerät den oder die führenden Steuerdatensätze ausliest und durch Markierungsdaten überschreibt, und durch Ausmessen der Länge beziehungsweise Dauer der dadurch entstandenen Phase von Markierungsdaten durch das nachfolgende Endgerät lässt sich eine individuelle Adresse an jedem Endgerät ermitteln, die aufsteigend ist und damit die physikalische Reihenfolge der Endgeräte am Bus widerspiegelt. Diese Adresse kann von der Steuerungssoftware aus dem Endgerät durch das RDM-Protokoll ausgelesen werden. Wird der DMX-Datenstrom ohne „Mark-between-Bytes“ gesendet, entspricht diese Adresse bereits der korrekten DMX-Adresse, ansonsten kann sie von der Steuerungssoftware genutzt werden, um die korrekten Adressen mit Hilfe der einzelnen Endgeräte-Footprints zu ermitteln.
Ein Computerprogrammprodukt für das Hauptgerät oder das dadurch angesteuerte Endgerät umfasst ein Computerprogramm, zur Ausführung auf einem Computer, das geeignet ist, die Schritte des Hauptgeräts oder eines der Endgeräte nach dem oben beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Im Folgenden veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel die Erfindung und deren vorteilhafte Weiterbildung.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Endgerätesystems.
2 zeigt den zeitlichen Verlauf des ausgangsseitigen Datenstroms eines Hauptgeräts sowie dreier Endgeräte in dem Endgerätsystem aus 1.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Endgerätesystems mit einem Hauptgerät 50 sowie einem ersten, zweiten und drittem Endgerät 10, 20, 30. Das Hauptgerät dient zur Ferngerätesteuerung und kann beispielsweise als Steuerpult ausgebildet sein. Auf das Hauptgerät 50 ist eine Steuerungssoftware zur Ferngerätesteuerung installiert, mittels derer die Endgeräte angesteuert werden. Auf den Endgeräten läuft üblicherweise eine RDM-Client-Software, die das Gegenstück zur Steuerungssoftware darstellt.
Das Hauptgerät 50 ist mit einem Eingang 11 des ersten Endgeräts 10 verbunden, sodass ein ausgangsseitig des Hauptgeräts 50 bereitgestelltes Signal als Eingangssignal 1 des ersten Endgeräts 10 anliegt. Dessen Ausgang 12 ist mit einem Eingang 21 des zweiten Endgeräts 20 verbunden, sodass ein ausgangsseitig des ersten Endgeräts 10 bereitgestelltes Signal als Eingangssignal 2 des zweiten Endgeräts 20 anliegt. Dessen Ausgang 22 ist mit einem Eingang 31 des dritten Endgeräts 30 verbunden, sodass ein ausgangsseitig des zweiten Endgeräts 20 bereitgestelltes Signal als Eingangssignal 3 des dritten Endgeräts 30 anliegt. Weitere Endgeräte können in entsprechender Weise dem dritten Endgerät 30, das ein Ausgangssignal 4 an seinem Ausgang 32 bereitstellt, nachgeschaltet sein, wie durch die Punkte in 1 angedeutet. Die Architektur dieses Endgerätesystems mit in Reihe geschalteten Geräten kann mit dem englischen Begriff „Daisy-Chain“ bezeichnet werden.
Ausführungsbeispiele der Endgeräte 10, 20, 30 sind Geräte im Bereich Bühnen- und Veranstaltungstechnik, beispielsweise Leuchten, Dimmer, farbveränderliche Scheinwerfer, freibewegliche Multifunktionsscheinwerfer oder Effektgeräte.
Jedes der Endgeräte 10, 20, 30 hat eine Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33, die zwischen dem Eingang 11, 21, 31 und dem Ausgang 12, 22, 32 gekoppelt ist. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33 ist geeignet, den am Eingang 11, 21, 31 anliegenden Datenstrom 1, 2, 3 zu lesen, zu verarbeiten und einen veränderten Datenstrom 2, 3, 4 bereitzustellen, der dann am Ausgang 12, 22, 32 anliegt. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33 ist ferner geeignet, aus dem eingehenden Datenstrom 1, 2, 3, Steuerdaten für das jeweilige Endgerät 10, 20, 30 zu extrahieren und das Endgerät 10, 20, 30 in Abhängigkeit dieser Steuerdaten anzusteuern.
Eine solche Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33 kann einen Mikrokontroller 14, 24, 34 mit einem Kommunikationsmodul 15, 25, 35, das auch als Universal Asynchronous Receiver Transmitter, kurz UART, bezeichnet wird, umfassen. Letzteres ist eine elektronische Schaltung, die zur Realisierung digitaler serieller Schnittstellen dient. Der Mikrokontroller 14, 24, 34 und das Kommunikationsmodul 15, 25, 35 können separate Bauelemente oder in einer Komponente integriert sein.
Die Ansteuerung der Endgeräte 10, 20, 30 durch das Hauptgerät 50 erfolgt durch einen Datenstrom basierend auf dem DMX-Protokoll. Ein DMX-Paket beginnt mit mindestens 22 Bitlängen logisch 0. Dieser Abschnitt wird „Break“ genannt. Er ermöglicht eine einfache Erkennung des Paketanfangs. Darauf folgt ein „Mark after Break“ mit 2 Bitlängen logisch 1. Dann wird das Startbyte, das bei DMX-Übertragung den Wert 0 hat, übertragen. Anschließend werden die Kanalbytes gesendet. Manche Ausführungsbeispiele von Endgeräten 10, 20 benötigen mehr als einen Datensatz zu deren Ansteuerung. Die Anzahl der von einem Endgerät belegten Kanäle wird auch als „Footprint“ bezeichnet. So benötigt eine farbige RGB-Leuchte beispielsweise drei Farbkanäle.
Jedes Endgerät 10, 20, 30 detektiert den Anfang der Steuerdaten im Paket und liest so viele führende Steuerdatensätze aus wie es benötigt, also seinem Footprint entspricht. Das Endgerät 10, 20, 30 überschreibt diese Datensätze durch Markierungsdaten, üblicherweise einem festen Wert, beispielsweise logisch 1, und stellt den derart veränderten Datenstrom ausgangsseitig bereit. Der den Steuerdaten vorausgehende Abschnitt mit Markierungsdaten wird nach jedem Endgerät 10, 20, 30 länger.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33 ist ferner geeignet, im Eingangssignal 1, 2, 3 die Länge oder Zeitdauer des Abschnitts 6 mit Markierungsdaten zu detektieren. Da die Daten mit einer vorgegebenen Datenübertragungsrate übertragen werden, stehen Länge, also die Anzahl der Bits, und die Dauer, die zu ihrer Übertragung benötigt werden, in einem festen Verhältnis und lassen sich in einfacher und eindeutiger Weise ineinander überführen. Ein Bit ist bei der DMX-Übertragung 4 µs lang. Es sei ferner bemerkt, dass die Eigenschaft der Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33, die Länge oder Zeitdauer des Abschnitts 6 mit Markierungsdaten zu detektieren, natürlich auch umfasst, einen Abschnitt mit verschwindender Länge oder Dauer, das heißt Null, zu detektieren. Mit anderen Worten: Detektion der Länge eines Abschnitts 6 mit Markierungsdaten umfasst, dass die Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33 geeignet ist, das Vorhandensein eines Abschnitts mit Markierungsdaten im Eingangssignal und dessen Länge zu detektieren. Wenn keiner vorhanden ist, ist dessen Länge oder Dauer folglich Null. Da die den Steuerdaten vorausgehende Sequenz von Markierungsdaten nach jedem Endgerät 10, 20, 30 länger wird, lässt sich anhand der Länge auf die Position des Endgeräts 10, 20, 30 im Endgerätesystem schließen. Jedes Endgerät 10, 20, 30 ist geeignet, der Länge einen Positionswert zuzuordnen. Dies kann in einfacher Weise die Länge oder Dauer selbst sein. Dies kann vorteilhafterweise der Wert sein, der sich ergibt, wenn die Länge des Abschnitt 6 durch die Länge eines Steuerdatensatzes geteilt wird. Dieser Wert lässt auf die bereits ausgelesenen Steuerdatensätze und damit die Footprints der vorangegangenen Endgeräte 10, 20, 30 schließen. Wenn die Steuerdatensätze unmittelbar aufeinanderfolgen, ergibt sich exakt die Anzahl der Footprints der vorangegangenen Endgeräte 10, 20, 30. „Unmittelbar aufeinander“ bedeutet, dass zwischen den Steuerdatensätzen keine Pausenbits oder „Mark-between-Bits“ vorgesehen sind, die nach dem Überschreiben durch Markierungsdaten zu einer Verlängerung des Markierungsdatenabschnitts über die bloße Länge der bereits ausgelesenen Steuerdatensätze hinausführen würde. Nichtsdestotrotz lässt sich auch bei Datenströmen mit Pausenbits ein Positionswert berechnen, bei dem lediglich die zusätzlichen Pausenbits zwischen den Steuerdatensätzen berücksichtigt werden müssen.
Die Reihenfolge der Endgeräte 10, 20, 30 im Endgerätesystem lässt sich anhand der Positionswerte bestimmen. Das Hauptgerät 50 kann, beispielsweise durch eine RDM-Abfrage, die einzelnen Endgeräte 10, 20, 30 ansprechen, die in der Antwort ihren Positionswert mitteilen. Die Adressierung bei der Abfrage erfolgt über die Kennung UID des Endgeräts 10, 20, 30. Anhand der Positionswerte, die mit zunehmender Entfernung der Endgeräte 10, 20, 30 vom Hauptgerät 50 ansteigen, lässt sich die Position der Endgeräte 10, 20, 30 bestimmen und die Kennung UID des Endgeräts 10, 20, 30 seiner Position zuordnen. Diese Zuordnung mit Abfragen aller Positionswerte wird vorzugsweise zu Beginn des Betriebs vorgenommen.
In 2 ist die Veränderung des Datenstroms durch die Endgeräte 10, 20, 30 im Endgerätesystem veranschaulicht.
Der Datenstrom 1 in 2 zeigt einen vom Hauptgerät 50 generierten Datenstrom, der am Eingang 11 des ersten Endgeräts 10 anliegt. Die Steuerdatensätze sind schraffiert dargestellt. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 13 des ersten Endgeräts 10 liest die Anzahl der von ihr benötigten Steuerdatensätze 71, 72, 73, in diesem Beispiel drei, aus. Das erste Endgerät 10 detektiert keinen Abschnitt mit Markierungsdaten; dessen Länge ist also Null. Der Wert, den das erste Endgerät 10 berechnet, ist ebenfalls 0. Da die DMX-Adressen laut Norm mit 1 beginnen, wird 1 zum Ergebnis der Division addiert, sodass die DMX-Adresse 1 ist. Am Ausgang 11 des ersten Endgeräts 10 wird ein Datenstrom 2 bereitgestellt, der sich von dem zuvor beschriebenen Datenstrom dahingehend unterscheidet, dass die Steuerdatensätze 71, 72, 73 für das erste Endgerät 10 durch Markierungsdaten, in diesem Fall logisch 1, ersetzt worden sind. Dieser Datenstrom 2 liegt am zweiten Endgerät 20 eingangsseitig an. Das zweite Endgerät 20 detektiert die Länge des Abschnitts 6 mit Markierungsdaten, in diesem Beispiel drei Datensätze oder drei Byte, und weist nach der Division durch die Steuerdatensatzlänge, ein Byte, den Wert drei zu. Addiert mit 1 ist die DMX-Adresse 4. Die Anzahl der vom zweiten Endgerät 20 benötigten Steuerdatensätze 74, 75, in diesem Beispiel zwei, wird ausgelesen. Am Ausgang 21 des zweiten Endgeräts 20 wird ein Datenstrom 3 bereitgestellt, der sich von dem zuvor beschriebenen Datenstrom 2 dahingehend unterscheidet, dass die Steuerdatensätze 74, 75 für das zweite Endgerät 20 durch Markierungsdaten, logisch 1, ersetzt wurden. Dadurch verlängert sich der Abschnitt 6 mit Markierungsdaten auf fünf Datensätze. Dieser Datenstrom 3 liegt am dritten Endgerät 30 eingangsseitig an. Das dritte Endgerät 30 detektiert die Länge des Abschnitts 6 mit Markierungsdaten, in diesem Beispiel fünf Datensätze, und weist nach der Division durch die Steuerdatensatzlänge den Wert fünf zu. Addiert mit 1 ist die DMX-Adresse 6. Das dritte Endgerät 30 benötigt einen Steuerdatensatz 76. Dieser wird ausgelesen. Am Ausgang 31 des dritten Endgeräts 30 wird ein Datenstrom 4 bereitgestellt, der sich von dem zuvor beschriebenen Datenstrom 3 dahingehend unterscheidet, dass der Steuerdatensatz 76 für das dritte Endgerät 30 durch Markierungsdaten ersetzt worden ist.
Die Positionsbestimmung und Verknüpfung mit den Kennungen UID der Endgeräte 10, 20, 30 erfolgt durch das Hauptgerät 50. Beispielhaft ist die UID des ersten Endgeräts 421, die des zweiten Endgeräts 123 und die des dritten Endgeräts 358. Bei einer Abfrage des Hauptgeräts 50 an das Endgerät mit der Kennung UID 123 wird als Positionswert 4 zurückgegeben. Bei einer Abfrage des Hauptgeräts 50 an das Endgerät mit der Kennung UID 358 wird als Positionswert 6 zurückgegeben. Bei einer Abfrage des Hauptgeräts 50 an das Endgerät mit der Kennung UID 421 wird als Positionswert 1 zurückgegeben. Die Reihenfolge der zurückgegebenen Positionswerte entspricht auch der Reihenfolge der Endgeräte 10, 20, 30 im System: Aus der Reihenfolge der Positionswerte 1, 4, 6 ergibt sich die Reihenfolge der Kennungen als 421, 123 und 358 und damit die Abfolge der Endgeräte 10, 20, 30.
Wenn die Anzahl der Footprints der Endgeräte 10, 20, 30 im System bereits vor der Abfrage bekannt ist, weil sie beispielsweise für jedes Endgerät gleich ist, kann die Position des Endgeräts bereits durch eine Abfrage des entsprechenden Endgeräts festgestellt werden. So entspricht der Positionswert, dividiert durch die fixe Anzahl Footprints pro Endgerät, der Endgeräteposition. Allerdings kann der Footprint von jedem Gerät auch via RDM abgefragt werden, wie auch die Adresse.
Insgesamt ist das Prinzip der Autoadressierung und der daraus folgenden Ermittlung der Reihenfolge der Endgeräte in der Abfolge oder Kette Folgendes: Jedes Endgerät in der Abfolge, beginnend mit dem dem Hauptgerät 50 nachgeschalteten Endgerät 10, verändert das vom Hauptgerät 50 gesendete Datentelegramm durch Überschreiben des oder der Steuerdatensätze, die das Endgerät ansteuern, durch Markierungsdaten. Die jeweilige Länge beziehungsweise Dauer des Abschnitts 6 mit Markierungsdaten wird bestimmt durch den Footprint des Endgeräts 10, 20, 30. Der Abschnitt 6 mit Markierungsdaten wird mit jedem Endgerät 10, 20, 30 in der Abfolge zu deren Ende hin immer länger. Die endgeräteinterne Signalverarbeitungsvorrichtung 13, 23, 33 im Endgerät 10, 20, 30 kann durch Ausmessen des Markierungsdatenabschnitts einen Positionswert bestimmen, der mit jedem Endgerät 10, 20, 30 entlang der Abfolge ebenfalls immer größer wird. Mittels einer Abfrage nach dem RDM-Protokoll kann die Steuerungssoftware des Hauptgeräts 50 von jedem Endgerät 10, 20, 30 diesen Positionswert auslesen und der entsprechenden Endgeräte-Kennung UID zuordnen. Basierend auf diesem Positionswert ergeben sich die Endgerätereihenfolgen am Bus und damit die physikalische Position eines jeden Endgeräts 10, 20, 30.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3, 4: Datensignal
6: Abschnitt mit Markierungsdaten
10, 20, 30: Endgerät
50: Hauptgerät
11, 21, 31: Eingang
12, 22, 32: Ausgang
13, 23, 33: Signalverarbeitungsvorrichtung
14, 24, 34: Mikrokontroller
15, 25, 35: Kommunikationsmodul
71, 72, 73, 74, 75, 76: Steuerdatensatz

Claims

Endgerät (10, 20, 30) mit - einem Signaleingang (11, 21, 31) zum Empfang eines seriellen Eingangssignals (1, 2, 3), - einer Signalverarbeitungsvorrichtung (13, 23, 33), die geeignet ist, im Eingangssignal (1, 2, 3) eine Länge eines Abschnitts (6) mit Markierungsdaten zu detektieren sowie der Länge einen Positionswert zuzuordnen und die geeignet ist, ein verändertes Signal zu generieren, das das Eingangssignal (1, 2, 3), in dem ein Steuerdatensatz (71, 72, 73, 74, 75, 76) des Eingangssignals (1, 2, 3) durch Markierungsdaten ersetzt worden ist, umfasst, und - einem Signalausgang (12, 22, 32) zur Ausgabe eines seriellen Ausgangssignals (2, 3, 4), der geeignet ist, das veränderte Signal als Ausgangssignal (2, 3, 4) bereitzustellen.
Endgerät (10, 20, 30) nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal (1, 2, 3) eine Abfolge von Steuerdatensätzen (71, 72, 73, 74, 75, 76) umfasst, die, bei nicht verschwindender Länge des Abschnitts (6) mit Markierungsdaten, auf den Abschnitt (6) mit Markierungsdaten folgen, und wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (13, 23, 33) geeignet ist, den führenden Steuerdatensatz (76) auszulesen und im veränderten Signal durch Markierungsdaten zu ersetzen oder eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Steuerdatensätzen (71, 72, 73, 74, 75, 76), die den führenden Steuerdatensatz (71, 74, 76) umfasst, auszulesen und durch Markierungsdaten zu ersetzen.
Endgerät (10, 20, 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (13, 23, 33) geeignet ist, die Länge des Abschnitts (6) mit Markierungsdaten durch die Länge eines Steuerdatensatzes (71, 72, 73, 74, 75, 76) zu dividieren und in Abhängigkeit des Ergebnisses den Positionswert zuzuordnen.
Endgerät (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung (13, 23, 33) geeignet ist, den Positionswert in Erwiderung eines am Eingang (11, 12, 13) anliegenden Abfragesignals zu übertragen.
Endgerät (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das geeignet ist, durch das DMX/RDM-Protokoll Daten mit einem Hauptgerät (50) auszutauschen.
Endgerätesystem mit einer Mehrzahl von Endgeräten (10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die in einer Abfolge in Reihe geschaltet sind, und einem Hauptgerät (50) zur Ferngerätesteuerung der Mehrzahl von Endgeräten (10, 20, 30), wobei der Positionswert eines der Endgeräte (10, 20, 30) mit der Position des Endgeräts (10, 20, 30) in der Abfolge korreliert ist.
Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformation von Endgeräten (10, 20, 30) in einem Endgerätesystem mit einem Hauptgerät (50) und einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Endgeräten (10, 20, 30), wobei das Verfahren umfasst: - Anlegen eines Eingangssignals (1, 2, 3,) an eines der Endgeräte (10, 20, 30), - Detektieren einer Länge eines Abschnitts (6) mit Markierungsdaten im Eingangssignal (1, 2, 3), - Bestimmung eines Positionswerts, der mit der Position des Endgeräts (10, 20, 30) im Endgerätesystem in Beziehung steht, anhand der Länge, - Ersetzen von einem Steuerdatensatz (71, 72, 73, 74, 75, 76) des Eingangssignals (1, 2, 3, 4) durch Markierungsdaten, und das veränderte Signal ausgangsseitig am Endgerät (10, 20, 30) bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Hauptgerät (50) ein Signal generiert, das als Eingangssignal (1) an dem dem Hauptgerät (50) nachgeschalteten Endgerät (10) anliegt, und wobei die ausgangseitig von den Endgeräten (10, 20, 30) bereitgestellten Signale jeweils als Eingangssignal (2, 3) an dem nachgeschalteten Endgerät (20, 30) anliegen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Eingangssignal (1, 2, 3, 4) eine Abfolge von Steuerdatensätzen (71, 72, 73, 74, 75) umfasst, die, bei nicht verschwindender Länge des Abschnitts (6) mit Markierungsdaten, auf den Abschnitt (6) mit Markierungsdaten folgen, und das Endgerät (10, 20, 30) den führenden Steuerdatensatz (76) oder eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Steuerdatensätzen (71, 72, 73, 74, 75), die den führenden Steuerdatensatz umfasst, ausliest und durch Markierungsdaten ersetzt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Abfolge von Steuerdatensätzen (71, 72, 73, 74, 75, 76) unmittelbar aufeinanderfolgende Steuerdatensätze (71, 72, 73, 74, 75, 76) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Bestimmung des Positionswertes umfasst, die Länge des Abschnitts (6) mit Markierungsdaten durch die Länge eines Steuerdatensatzes zu dividieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, das ferner umfasst: - Abfragen des Positionswertes eines der Endgeräte (10, 20, 30) durch das Hauptgerät (50) und - Übertragung des Positionswerts vom Endgerät (10, 20, 30) an das Hauptgerät (50).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem die Reihenfolge der Positionswerte der Endgeräte (10, 20, 30) der Abfolge der Endgeräte (10, 20, 30) mit diesen Positionswerten in der Reihenschaltung entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem gemäß DMX-RDM-Protokoll Daten zwischen dem Endgerät (10, 20, 30) und dem Hauptgerät (50) ausgetauscht werden.
Computerprogrammprodukt umfassend ein Computerprogramm, zur Ausführung auf einem Computer, das geeignet ist, die Schritte des Hauptgeräts (50) oder eines der Mehrzahl von Endgeräten gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14 durchzuführen.