电力估计装置、消耗电力控制装置、电力估计方法和存储介质

技术领域

本发明涉及电力估计装置、消耗电力控制装置、电力估计方法和存储介质。

背景技术

内置有微机的RGB LED(Red，Green，Blue Light Emitting Diode：RGB发光二极管)能够通过从外部例如作为串行数据而分别提供的8比特合计24比特的LED控制信号，对R、G、B各个LED的亮度分别对R、G、B进行256级的亮度控制，由此能够进行全色(约1，600万色)的颜色表现。此外，能够同时控制大量(例如60个)这样的RGB LED，并且例如通过与音响装置组合，可以实现能够进行多彩的光表现的电子装饰装置等。

发明内容

发明要解决的问题

在此，一组RGB LED所需的驱动电流在以最大亮度发光的情况下，在R、G、B各个LED中例如为20mA(毫安)，在一组RGB LED中为20mA×3＝60mA。然后，例如在使串联连接的60个RGB LED全部以最大亮度发光的情况下，60mA×60＝3.6A(安培)的驱动电流流过。因此，在例如活动会场或演唱会会场等将这样的RGB LED的电子装饰装置与音响设备或影像设备等同时使用的情况下，由于瞬间流过大电流，各设备有可能发生故障。

解决问题的手段

本申请的一例的电力估计装置具备：平滑化电压信号生成单元，生成由对器件进行控制的控制装置供给到所述器件的控制数据信号的第一平滑化电压信号；以及消耗电力估计单元，基于所述第一平滑化电压信号来估计所述器件的消耗电力的大小。

发明的效果

根据本发明，可以不影响器件的驱动地估计消耗电力。

附图说明

图1是实施方式的系统框图。

图2是LED控制信号的数据格式的说明图(其1)。

图3是LED控制信号的数据格式的说明图(其2)。

图4是平滑化电路的电路结构图。

图5是表示从端子VF1输出的电压信号的电压时间变化特性的例子的图。

图6是表示从端子VF2输出的电压信号的电压时间变化特性的例子的图。

图7是表示亮度/音量调整处理的例子的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。图1是本实施方式的系统(以下记载为“本系统”)的系统框图。本系统包括如下要素作为主要结构要素：MainCPU101、SubCPU102、串联连接的#1～#N的微机内置RGB-LED(以下记载为“RGB-LED”)103、5V(伏特)的LED专用电源104、缓冲器108、作为对控制数据信号进行平滑化的平滑化电压信号生成单元发挥功能的平滑化电路109、音响放大器112、以及扬声器114。本系统作为整体，作为控制器件或与该器件联动动作的其他器件的至少任一个的消耗电力的消耗电力控制装置发挥功能。

MainCPU(中央运算处理装置)101是控制#1～#N的RGB-LED103的发光控制、音响放大器112以及扬声器114中的音响的音量控制的整体的处理器。

SubCPU102一边不定期地从MainCPU101接收亮度控制信号105，一边计算亮度修正值，并将基于该亮度修正值修正后的LED控制信号106，以后述的定时向#1～#N的RGB-LED103输出。

#1～#N的RGB-LED103分别具备进行与R(红)、G(绿)、B(蓝)三原色对应的3个颜色的发光的3个LED。这些LED的发光，由未特别图示的内置的微型计算机(以下记载为“微机”)从SubCPU102接收面向本装置的8比特×3的LED控制信号106，提取由各8比特的比特串指定的3个亮度值，使3个LED以各亮度值发光。

#1～#N的RGB-LED103通过与SubCPU102连接的串行控制线107而串联连接。

即，从SubCPU102输出的串行控制线107如#1的RGB-LED103的DI输入端子、从其DO输出端子到#2的RGB-LED103的DI输入端子、从其DO输出端子到#3的RGB-LED103的DI输入端子……那样串联连接，并从#N-1的RGB-LED103的DO输出端子连接到#N的RGB-LED103的DI输入端子。

最后，串行控制线107从#N的RGB-LED103的DO输出端子环回连接到SubCPU102。

例如5V的电源电压从LED专用电源104经由VCC端子施加到RGB-LED103。

图2和图3是经由串行控制线107从SubCPU102供给到#1～#N的RGB-LED103的LED控制信号106的数据格式的说明图。首先，图2的(a)是作为LED控制信号106输出的RGB-LED103的1个量的比特串的数据格式例。比特串的传输方向是随着时间经过，朝向图2的(a)的纸面从左向右的作为箭头201所示的方向。

对于1个RGB-LED103，首先，将针对进行G(绿)色的发光的LED的亮度值作为8比特的比特串进行传输。通过该8比特的比特串，能够指定针对绿色发光LED的0～255(十进制表示)的256级的亮度值。

接着，对于1个RGB-LED103，与上述同样地，将针对进行R(红)色的发光的LED的亮度值作为8比特的比特串进行传输。通过该8比特的比特串，能够指定针对红色发光LED的0～255(十进制表示)的256级的亮度值。

进而，对于1个RGB-LED103，与上述同样地，将针对进行B(蓝)色的发光的LED的亮度值作为8比特的比特串进行传输。通过该8比特的比特串，能够指定针对蓝色发光LED的0～255(十进制表示)的256级的亮度值。

以上通过图2的(a)所示的3个比特串，对1个RGB-LED103指定8比特×3＝24比特的比特串。

图2的(b)是表示上述比特串的各比特对应于逻辑值1的H信号的电压脉冲信号的图。在本实施例中，高电平电压、低电平电压不是直接对应于逻辑值1、0，而是根据高电平电压和低电平电压的时间长度的占空比的不同来区分逻辑值1和逻辑值0。如图2的(b)所示，1比特量的H信号值(逻辑值1)的时间长度例如为1.25μs(微秒)。该1比特量的H信号值例如由具有850ns(纳秒)的时间长度的高电平电压期间和具有400ns的时间长度的低电平电压期间构成。

图2的(c)是表示上述比特串的各比特对应于逻辑值0的L信号的电压脉冲信号的图。1比特量的L信号值(逻辑值0)的时间长度与图2的(b)的H信号值的时间长度相同，例如为1.25μs。该1比特量的L信号值例如由具有400ns的时间长度的高电平电压期间和具有850ns的时间长度的低电平电压期间构成。

从图2的(b)及图2的(c)可理解，如图2的(a)所示，在指定了3个亮度值的3个比特串的各比特中，在对该比特设定H信号值(逻辑值1)的情况下的高电平电压的时间和低电平电压的时间的占空比为850:400＝17:8。另一方面，在对该比特设定L信号值(逻辑值0)的情况下的高电平电压的时间和低电平电压的时间的占空比为400:850＝8:17。

因此，在LED控制信号106中，在H信号值中，高电平电压期间比低电平电压期间长2倍以上，因此如果设定H信号值的比例多，则LED控制信号106的平均电压值比中间电位值(高电平电压值和低电平电压值的中间电压值)高。

另一方面，在L信号值中，与H信号值的情况相反，低电平电压期间比高电平电压期间长2倍以上，因此如果设定L信号值的比例多，则LED控制信号106的平均电压值比中间电位值低。

在本实施方式中，如后所述，基于该事实来测量LED控制信号106的平均电压值，并且基于该测量出的平均电压值来估计#1～#N的RGB-LED103的整体的消耗电力。

关于图2的(d)，将后述。

图3是作为例子说明图1中的RGB-LED103的数量N＝3时的、在串行控制线107上传输的针对#1～#3的三组量的RGB-LED103的LED控制信号106的数据格式的图。从SubCPU102按各数据更新周期1、2、…的每一个，夹着重置码地送出针对#1～#3的三组量的RGB-LED103的LED控制信号106。

即，例如在数据更新周期1中，首先，在从SubCPU102向#1的RGB-LED103(图中简记为“LED(#1)”)的DI输入端子输入LED控制信号106时，如图3的(a)所示，首先输入用于#1的RGB-LED103的24比特量(参照图2的(a))的比特串，接着输入用于#2的RGB-LED103(图中简记为“LED(#2)”)的24比特量的比特串，最后输入用于#3的RGB-LED103(图中简记为“LED(#3)”)的24比特量的比特串。

在图3的(a)的阶段中，#1的RGB-LED103内的微机取入在串行控制线107上传输来的面向本装置的比特串“LED(#1)用24比特”，然后删除该比特串，从DO输出端子输出除此以外的比特串。

其结果，例如在数据更新周期1中，在从#1的RGB-LED103的DO输出端子向#2的RGB-LED103的DI输入端子输入LED控制信号106时，如图3的(b)所示，除去用于#1的RGB-LED103的24比特量的比特串，而输入用于#2的RGB-LED103的24比特量的比特串，进而输入用于#3的RGB-LED103的24比特量的比特串。

在图3的(b)的阶段中，#2的RGB-LED103内的微机取入在串行控制线107上传输来的面向本装置的比特串“LED(#2)用24比特”，然后删除该比特串，从DO输出端子输出除此以外的比特串。

其结果，例如在数据更新周期1中，在从#2的RGB-LED103的DO输出端子向#3的RGB-LED103的DI输入端子输入LED控制信号106时，如图3的(c)所示，除去用于#2的RGB-LED103的24比特量的比特串，仅输入用于#3的RGB-LED103的24比特量的比特串。

在图3的(c)的阶段中，#3的RGB-LED103内的微机取入在串行控制线107上传输来的面向本装置的比特串“LED(#3)用24比特”，然后删除该比特串，从DO输出端子输出除此以外的比特串。

其结果，例如在数据更新周期1中，在从#3的RGB-LED103的DO输出端子向SubCPU102环回时，如图3的(d)所示，成为没有输入任何数据的结果。SubCPU102通过确认在串行控制线107的环回中没有接收到任何信号，来判定在各RGB-LED103中LED控制信号106被正常地接收。

SubCPU102在将用于最后N＝3的RGB-LED103的24比特的比特串作为LED控制信号106而送出至串行控制线107之后，如图3的(a)及图2的(d)所示，将具有50μs以上的时间长度的低电平电压期间所构成的重置码作为LED控制信号106而送出至串行控制线107。

当识别出从DI输入端子输入的串行控制线107的LED控制信号106的状态在图3的(a)所示的定时成为50μs的时间长度以上的低电平电压时，#1的RGB-LED103内的微机以由接收到的24比特的比特串指示的3个亮度值使R、G、B的3个LED开始发光。

通过识别出从DI输入端子输入的串行控制线107的LED控制信号106的状态在图3的(b)所示的、与图3的(a)的情况大致相同的时间段成为50μs的时间长度以上的低电平电压，由此，#2的RGB-LED103内的微机也以由接收到的24比特的比特串指示的3个亮度值使R、G、B的3个LED开始发光。

通过识别出从DI输入端子输入的串行控制线107的LED控制信号106的状态在图3的(c)所示的、与图3的(a)和图3的(b)的情况大致相同的时间段成为50μs的时间长度以上的低电平电压，由此，#3的RGB-LED103内的微机也以由接收到的24比特的比特串指示的3个亮度值使R、G、B的3个LED开始发光。

如上所述，在#1～#3的各RGB-LED103中，基于在数据更新周期1中新更新的各亮度值，刷新各LED的发光。

在完成了重置码的送出之后，在下一个数据更新周期2中，基于不定期地从图1的MainCPU101供给到SubCPU102的最新的亮度控制信号105，与数据更新周期1的情况同样地，用于#1～#3的RGB-LED103的各LED的新的亮度值被设定为LED控制信号106，并送出到串行控制线107。

如上所述，在图1的#1～#N的RGB-LED103中，基于在图3中说明的每个数据更新周期更新的各亮度值，以全色方式对各LED进行发光控制。由此，实现多彩的电子装饰显示等。

返回图1的说明，平滑化电路109是作为平滑化电压信号生成单元发挥功能的平滑化电路的例子。平滑化电压信号生成单元使驱动RGB-LED103(器件)的SubCPU102(控制装置)输出的LED控制信号106(控制数据信号)平滑化，生成平滑化电压信号。

如图2的(b)及图2的(c)的说明中所述，在本实施方式中，作为被指定为LED控制信号106的各比特串的各比特，在指定了H信号(逻辑值1)的情况和指定了L信号(逻辑值0)的情况下，利用LED控制信号106的电压值变化的事实，以将LED控制信号106平滑化后的平滑化电压信号为基础，估计消耗电力的大小。

图4是图1的平滑化电路109的电路结构图。端子A与图1的缓冲器108的输出连接。在该端子A实质上输入串行控制线107上的LED控制信号106的电压值。缓冲器108由于如下目的而被插入：分离信号使得平滑化电路109不对供给到RGB-LED103的LED控制信号106造成影响。在端子G连接图1的串行控制线107的接地线。其结果，LED控制信号106的电压值通过由具有例如47KΩ(千欧)的电阻值的电阻R1和具有例如220pF(皮法)的电容值的电容器C1构成的低通滤波电路被平滑化，从端子VF1输出平滑化电压信号(第一平滑化电压信号)。

这里，如上所述，若仅使电阻R1和电容器C1中的简单的RC滤波电路中的端子VF1的输出成为平滑化电压信号，则存在以下问题。

问题1：若使用平均化的效果低的电阻/电容器的值(电阻值低，电容器为小电容)，则从端子VF1输出的平滑化电压信号的电压容易变动，立即成为高电压但也容易变低。

问题2：若使用平均化的效果高的电阻/电容器的值(电阻值高，电容器为大电容)，则从端子VF1输出的平滑化电压信号的电压难以上升，当LED控制信号106中的相当大数量的比特不持续在高电平电压值时，电压不会上升(但是，由于也难以降低，因此能够消除信号的不均匀)。

即，作为滤波器的效果，以如下的状况最佳：“如果高电平电压值的比特连续，则电压顺畅地上升，即使低电平电压值的比特连续，也不希望电压下降速度变快。”

图5是表示从端子VF1输出的电压信号的电压时间变化特性的例子的图。纵轴表示输出电压值[伏特]，横轴表示经过时间[秒]。在LED控制信号106中，可知大部分的比特变化为高电平(逻辑值1)的情况下的电压特性501与大部分的比特变化为低电平(逻辑值0)的情况下的电压特性502相比，达到对应于高电平的平均电压值需要花费较长的时间。

因此，即使在LED控制信号106中，大部分的比特变化为高电平(逻辑值1)并且大电流瞬间流过#1～#N的RGB-LED103，检测该状态也需要花费时间，并且可能来不及进行用于抑制大电流瞬间流过#1～#N的RGB-LED103的控制。

因此，在本实施方式中，在图4所示的平滑化电路109中，对端子VF1中的平滑化电压信号施加中间电位的偏置，实现“电压上升时辅助而提速，但电压下降时制动而减慢。”这样的动作，可以使消耗电流多时的输出波形(输出变动)变得清晰。

具体地说，在图4中，通过具有例如10μF(微法)的电容值的电容器C4而稳定化的例如5V的电源V1的两端电压通过具有例如相同的2.2KΩ的电阻值的两个电阻R3及R4而分压为中间电位。例如，具有相同电容值1nF(纳法)的两个电容器C2和C3连接到该中间电位的高电位侧和接地侧，从而不使中间电位的波形快速变化(抖动不定)。

这样稳定化后的中间电位信号经由具有例如22KΩ的电阻值的电阻R2和防逆流二极管D2施加于端子VF1的平滑化电压信号作为偏置电压信号。然后，上述偏置电压信号中的偏置电压从端子VF2作为高速化后的平滑化电压信号(第二平滑化电压信号)输出。

另外，图4的端子VF3是用于使MainCPU101能够确认生成中间电位信号的电源V1的电位的端子。

图6是表示从端子VF2输出的电压信号的电压时间变化特性的例子的图。纵轴和横轴与图5的情况相同。在LED控制信号106中，可知大部分的比特变化为高电平(逻辑值1)的情况下的电压特性601与图5的电压特性501的情况相比，达到对应于高电平的平均电压值为止的时间短。

因此，在LED控制信号106中，在大部分的比特变化为高电平(逻辑值1)而在#1～#N的RGB-LED103中瞬间流过大电流的情况下，能够迅速地检测该状态，可以迅速地执行抑制在#1～#N的RGB-LED103中瞬间流过大电流的控制。

另外，在被中间电位信号偏置的情况下，大部分的比特变化为高电平(逻辑值1)的情况下的电压特性601的电压值成为与大部分的比特变化为低电平(逻辑值0)的情况下的电压特性602的电压值比较接近的值。但是，即使是这种程度，也能够通过MainCPU101的ADC(A/D转换部)110(参照图1)充分高精度地检测其差异。特别是，在本实施方式中，针对大部分的比特变化为高电平(逻辑值1)这样的特别的大电流流过的情况，实施适当的抑制控制即可，而不太需要检测中间的状态，因此，通过本实施方式的控制方式，能够实施充分有效的电流抑制控制。

图7是表示基于从图4的平滑化电路109的端子VF2输出的VF2电压信号，MainCPU101实施的亮度/音量调整处理的例子的流程图。该处理执行作为消耗电力估计单元及消耗电力控制装置的动作。

首先，对于从图1的平滑化电路109内的图4的端子VF2输出的VF2电压信号，取入由MainCPU101内的ADC110转换为数字值而得到的数字电压值(以下将其记为“VF2值”)(步骤S701)。

接着，判定VF2值是否比更接近高电平电压值的阈值1大(步骤S702)。

如果步骤S702的判定为是，则作为亮度系数设置“0.7”(步骤S703)，另外作为音量系数设置“0.8”(步骤S704)。

如果步骤S702的判定为否，则判定VF2值是否大于阈值2(＜阈值1)(步骤S705)。

如果步骤S705的判定为是，则作为亮度系数设置“0.8”(步骤S706)，另外作为音量系数设置“1.0”(步骤S707)。

如果步骤S705的判定为否，则作为亮度系数设置“1.0”(步骤S708)，另外，音量系数也设置“1.0”(步骤S709)。

MainCPU101使用如上所设定的亮度系数和音量系数，首先，作为图1的亮度控制信号105提供的亮度信息，将原来的亮度信息乘以亮度系数得到的值置换为新的亮度信息。然后，将这样置换的亮度控制信号105供给到SubCPU102。

此外，作为对图1的音响放大器112设定的放大器增益113，用新的放大器增益113的值置换通过将原来的放大器增益113与音量系数相乘所得的值。然后，将这样置换的放大器增益113供给到音响放大器112。音响放大器112是与作为器件的RGB-LED103联动动作的其他器件的例子。

由此，如果从LED控制信号106检测出的VF2值非常高，则由于在#1～#N的RGB-LED103中有可能流过最大电流，因此通过步骤S703，实施减小亮度信息的值的控制，使得降低应对RGB-LED103提供的亮度值。与此同时，通过步骤S704，还实施抑制音响放大器112中的大音量的控制。这样，在RGB-LED103和音响放大器112两者中，实施抑制电力消耗的控制。

此外，如果从LED控制信号106检测出的VF2值在某种程度上较高但没有达到最大电压值附近，则通过步骤S706，实施控制，使得应该对RGB-LED103提供的亮度值降低某种程度，使亮度信息的值在某种程度上减小。然而，在步骤S707中，通过将音量系数设为1.0，实施不抑制音响放大器112中的音响放大的控制。这样，可随机应变地在RGB-LED103和音响放大器112两者中或仅在RGB-LED103中实施抑制电力消耗的控制。

如果从LED控制信号106检测到的VF2值没有上升，则在步骤S708和S709中，通过将亮度系数和音量系数都设为1.0，RGB-LED103和音响放大器112都不实施消耗电力的抑制。

在以上说明的实施方式中，具有图4的结构的图1的平滑化电路109生成了LED控制信号106的平滑化电压信号。与此相对，也可以例如MainCPU101本身取代平滑化电路109而发挥程序处理的功能，通过针对LED控制信号106的信息处理运算来计算SubCPU102供给到RGB-LED103的LED控制信号106的平均电压。

在该情况下，在图1中，不将缓冲器108的输出信号(与LED控制信号106实质上相等)输入到平滑化电路109，而是直接与MainCPU101的ADC110连接。MainCPU101的程序只要通过数字滤波器的低通滤波或移动平均滤波等信息处理运算，对输入ADC110并转换为数字信号的LED控制信号106进行平滑化即可。此外，可以通过通常的数值运算(包含在信息处理运算中)来计算信号值的算术平均值。

另外，在本实施方式中，MainCPU101将对平滑化电压信号VF2数字转换后的信号与阈值进行比较，估计消耗电力的大小，但也可以是由模拟电路进行的估计。

在该情况下，将成为阈值的电压与比较器(比较电路)的基准电压输入端子连接，将平滑化电压信号VF2与信号输入端子连接。将比较器的输出信号与MainCPU101的ADC110连接，如果由ADC110转换的数字信号值为H电平，则通过作为消耗电力大进行处理，能够实现本发明。