基于同步DMX512的LED控制系统设计
同步DMX512标准在LED控制系统设计中的应用
同步DMX512标准在LED控制系统设计中的应用灯光控制系统大量采用了由USIT T ( 美国剧场技术协会) 提出的DMX512 通信协议，该通信协议采用异步通信格式。
灯具控制方案主要包括DMX512协议、DAL I 总线方案、SPI 移位总线方案。
DMX512 是现在最流行的控制方法，但是在实际应用中多采用控制器互联来进行控制的照明方案，软件比较复杂。
DALI 总线是欧洲提出的一种灯光控制总线方案，DALI 系统中每个灯具都有一个地址和一组控制命令，但其通信的速度不够快。
SPI 移位总线方案是采用级联的方法，变化速率很高，但是此方法数据量比较大，灯之间的线较多，软件难度大，产品可靠性差。
DMX512 标准要求每个灯具都要有一个控制器，而每个灯都要设置地址很麻烦，异步传输方式也很麻烦。
针对此缺点，本文提出了基于SD5128 的同步DMX512 的LED 控制系统设计。
本文给出了同步DMX512 实现的软硬件设计方法，在硬件上增加了存储接口芯片以实现灯光控制数据的移动存储，具有更好的拓展性。
同步DMX512 是采用同步DMX512 总线( 用一根线实现控制数据的移位和置入) 的同步串行传输的方式，吸取了DMX512 和SPI 移位总线两者的优点。
同步DMX512 在电气特性、数据结构方面与DMX512 协议大致相同，采用同步传输的方法来进行两线移位传输，并且采取了SPI 一位传输的方法来避免DMX512 协议的地址设置问题。
同步DMX512 保留了DMX512 的电气特性，故在灯与灯之间的距离不是很远的情况下，不使用RS485 总线。
1DMX512 灯光控制协议DMX512 协议是一个数字调光协议，应用它能够对舞台、剧场、演播室等场。
基于DMX512协议的无线通信照明控制系统设计
基于D M X 512协议的无线通信照明控制系统设计*张玉杰,高深圳(陕西科技大学电气与信息工程学院,西安710021)*基金项目:西安市科技计划项目 基于物联网技术的智能照明系统研发(项目编号:2017068C G /R C 031(S X K D 006));陕西省科技计划项目 基于物联网技术的智能照明控制系统研发与应用示范(项目编号:2017G Y 091)㊂摘要:针对D M X 512协议主从控制器采用双绞线进行通信,在一些不便布线的场合布线困难的问题,提出一种D M X 512协议的扩展方法㊂将无线通信和传统双绞线相结合,无线主控器与D M X 512总线连接,其中无线主控制器和无线从控制器采用基于C C 1101无线通信方式,主控制器将来自D M X 512总线的数据转换成无线形式发送给从控制器,从控制器作为单个灯具节点进行调光操作㊂在布线困难的地方采用无线通信的方式解决了布线困难的问题㊂关键词:D M X 512协议;无线通信;C C 1101中图分类号:T N 923 文献标识码:AW i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n L i g h t i n g C o n t r o l S ys t e m B a s e d o n D M X 512P r o t o c o l Z h a n g Y u ji e ,G a o S h e n z h e n (C o l l e g e o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ,S h a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,X i a n 710021,C h i n a )A b s t r a c t :B e c a u s e t h e D M X 512p r o t o c o l m a s t e r c o n t r o l l e r a n d s l a v e c o n t r o l l e r u s e s t w i s t e d p a i r f o r c o mm u n i c a t i o n ,s o i n s o m e i n c o n v e n -i e n t c a b l i n g o c c a s i o n s ,i t i s d i f f i c u l t y t o w i r e .I n t h e p a p e r ,a n e x t e n s i o n m e t h o d o f D M X 512p r o t o c o l i s p r o po s e d ,w h i c h c o m b i n e s t h e w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n a n d t h e t r a d i t i o n a l t w i s t e d -pa i r c o mm u n i c a t i o n m e t h o d .T h e w i r e l e s s h o s t c o n t r o l l e r i s c o n n e c t e d w i t h D M X 512b u s .T h e w i r e l e s s h o s tc o n t r o l l e r a nd s l a ve c o n t r o l l e r c o mm u n i c a t e w i t h e a c h o t h e r t h r o u gh t h e C C 1101.T h e h o s t c o n t r o l l e r c o n v e r t s t h e d a t a f r o m t h e D M X 512b u s i n t o t h e w i r e l e s s f o r m a n d t r a n s m i t s i t t o t h e s l a v e c o n t r o l l e r ,t h e n t h e s l a v e c o n t r o l l e r p e r f o r m s t h e d i mm i n go p e r a t i o n a s a s i n g l e l i g h t i n g f i x t u r e n o d e .T h e w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n i s u s e d w h e r e t h e w i r i n g i s d i f f i c u l t ,t h u s t h e p r o b l e m o f w i r i n gd i f f i c u l t yi s s o l v e d .K e y wo r d s :D M X 512p r o t o c o l ;w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n ;C C 1101引 言智能照明控制系统可满足人们对优质㊁高效㊁舒适的照明环境的要求,由于其可观的节能效果及光源寿命的延长,可以降低运行成本,极大改善了运营维护人员工作条件,有效降低了维护的工作强度[1]㊂D M X 512协议(D i g i t a l M u l t i pl e X 512),全称为数字多路复用协议,广泛应用在舞台灯光㊁景观照明等场合㊂标准D M X 512协议设计用来从一个单独控制器到一个或多个接收器之间传递重复的控制数据,控制调光器㊁其他灯光控制设备和相关的设备[2]㊂根据D M X 512数据传输率的要求以及控制网络的分散特点,其物理层的设计采用差分接发的方式,采用主从式结构,总线用一对双绞线实现调光台与调光器相接㊂标准D M X 512协议规定主从控制器采用双绞线进行通信,在实际应用中存在着布线不便㊁施工难度大等问题㊂在一些特殊场合(比如大楼玻璃幕墙㊁水上灯光表演),布线困难,且布线会影响美观㊂建立无线的通信方式是解决以上问题的思路之一[3]㊂本文提出一种D M X 512协议的扩展方法,采用将无线通信和传统双绞线结合的通信方式,无线主控器与D M X 512总线连接,主控制器和从控制器采用基于C C 1101无线通信方式,主控制器将来自D M X 512总线的数据转换成无线形式发送给从控制器,从控制器作为单个的灯具节点进行调光操作㊂在布线困难的地方采用无线通信方式,从而解决了布线困难的问题㊂1 系统总体方案1.1 D M X 512协议D M X 512协议最早是由美国剧院技术协会(U S I T T )制定,主要是解决舞台㊁剧场等照明场合常用的调光设备互相兼容性的问题㊂D M X 512协议规定数据以数据包的形式通过异步通信的方式进行传输㊂每个数据包由若干数据帧组成,每帧数据包括1位低电平起始位㊁8位数据位和2位高电平停止位㊂数据传输率为250K b /s,位速率的传输时间为4μs ,数据包按顺序传送,每个包最多容纳513个数据帧(起始码和最多512个通道数据)[4]㊂D M X 512协议帧格式如图1所示㊂图1 D M X 512的数据帧格式1.2 无线通信选型C C 1101是一款针对极低功耗㊁射频频段在433/868/915MH z 应用的无线传输芯片,能够提供对数据包处理㊁接收信号强度指示㊁突发传输㊁数据缓冲㊁空闲信道评估㊁链路质量指示以及无线唤醒等功能的硬件支持[5]㊂C C 1101具有可编程的数据传输速率,数据传输速率设置范围为1.2~500k b p s ,满足D M X 512协议250k b ps 的通信速率㊂C C 1101工作频段在387~464MH z 之间,C C 1101的工作频率可以进行设置㊂多个无线发射机工作在同一频段,如果同时工作时,无线接收机接收的信号会有串扰㊂C C 1101的工作频段较宽,可以将不同网络的无线发射机和接收机设置在不同的工作频率,C C 1101接收机只接收与自己频率相同的信号,这样多个无线网络同时工作时就不会产生串扰了[6]㊂1.3 无线系统方案设计标准D M X 512协议规定主控制器和从控制器采用双绞线进行连接㊂本课题研究的无线设备是单个控制器节点,无线主控制器为发射机,无线从控制器为接收机,主控器和从控制器采用无线的通信方式进行通信㊂从控制器作为单个灯具控制节点,使灯具布局更加灵活㊂系统整体框图如图2所示,一个D M X 512系统内采用有线通信和无线通信相结合的方式,D M X 512主控制器是D M X 512系统的主控制器,无线主控制器与D M X 512总线连接,主控制器将D M X 512信号转换成无线通信格式发送给从控制器㊂从控制器收到控制指令后进行相应的操作,主控制器将有线信号转换成无线信号㊂一个D M X 512系统内可以接入多个无线系统,将多个无线主控制器与D M X 512总线进行连接㊂如果多个无线网络工作在同一个频段,网络内的无线主控制器同时发送信号,从控制器接收的信号就会产生串扰㊂C C 1101的图2 系统整体框图工作频段较宽,将同一个网络内的无线主控制器和从控制器设置在同一个频段,从控制器只接收同一频段的主控制器的信号,不同频段主控制器组成的网络不会产生干扰㊂2 系统硬件设计无线主控制器和无线从控制器的M C U 单元采用S T公司的芯片S TM F 103C 8T 6,它是采用C o r t e x M 3架构的32位处理器,工作频率可达72MH z ,具有64K B 的闪存程序存储器和20K B 的S R AM ,具有U A R T ㊁S P I 通信接口等,具有7个定时器,并且具有P WM 输出通道,满足本课题的需求㊂2.1 无线主控制器硬件设计无线主控制器与D M X 512总线相连接,主控制器的主要功能是将D M X 512总线上的数据转换成无线通信格式发送给从控制器㊂硬件电路主要包括:M C U 电路㊁电源电路㊁指示灯电路㊁地址分配电路㊁C C 1101电路㊁调试电路㊁D M X 512通信电路等㊂无线主控制器硬件框图如图3所示㊂图3 无线主控制器硬件框图①C C 1101电路采用S P I 方式与主控制器进行通信㊂C C 1101电路将接收到D M X 512总线的数据转换成无线数据格式发送给从控制器㊂②地址分配电路主要对D M X 512无线从控制器进行地址分配㊂③D M X 512通信电路负责与D M X 512主控制器建立通信,接收来自D M X 512总线上的数据㊂2.2 无线从控制器硬件设计无线从控制器主要功能是接收主控制器的指令,并进行相应的操作㊂无线从控制器的硬件电路主要包括:M C U 电路㊁电源电路㊁指示灯电路㊁C C 1101电路㊁L E D 驱动电路等㊂无线从控制器硬件框图如图4所示㊂图4 无线从控制器硬件框图L E D 驱动电路控制芯片选用N C L 30160,这是安森美半导体推出的一款N F E T 迟滞降压㊁恒流驱动器[7],电流提升到了1.5A ,损耗非常低,支持P WM 数字脉冲调光方式㊂当无线从控制器接收到调光数据时,改变相应通道P WM 输出占空比从而改变L E D 亮度㊂C C 1101电路主要是与无线主控制器建立通信,接收主控制器的指令㊂指示灯电路指示程序运行的状态㊂3 系统软件设计3.1 无线主控制器软件设计无线主控制器采用层次化的软件设计方法,将程序分为三层:驱动层㊁接口层和应用层㊂驱动层完成和硬件相关的交互,接口层完成通信协议栈的设计,应用层则根据系统的要求进行功能定制㊂3.1.1 功能需求无线主控制器将来自D M X 512主控制器的数据转换成无线通信格式发送给从控制器㊂主控制器可以对从控制器进行无线参数设置㊂根据主控制器的设计要求,其软件功能主要包括:①接收D M X 512总线上的数据并进行解析;②将D M X 512的控制数据转换成无线数据格式发送给从控制器;③对无线设备进行参数设置,并且进行配对;④对无线从控制器进行地址分配㊂3.1.2 任务划分根据功能需求,对主控制器的软件进行任务划分如下:①D M X 512数据接收任务:对来自D M X 512总线上的数据进行接收㊂②D M X 512数据解析任务:对接收到的D M X 512数据进行解析,判断是否为调光指令类型㊂如果是调光指令,则截取相应的数据帧进行转发;如果是无线设备地址分配指令或者无线参数设置指令,则将相应的标志位置位㊂③地址分配任务:对无线系统内的无线从控制器进行地址分配操作㊂④无线参数配置任务:对无线系统内的主控制器和从控制器进行参数设置,设置无线设备的通信频率㊁跳频信道等㊂⑤无线设备配对任务:对无线从控制器进行配对,保存无线从控制器的设备信息㊂根据程序的任务划分,无线从控制器的程序流程图如图5所示㊂D M X 512数据包中用起始码定义数据包的功能,标准D M X 512数据包的起始码为0x 00,如果定义无线参数设置和无线设备配对功能,只需要定义相应功能的起始码㊂图5 无线主控制器流程图3.2 无线从控制器软件设计无线从控制器软件设计采用模块化的思想,将每个功能模块划分为不同的层次,分别实现各自的功能㊂根据无线从控制器的功能,将程序任务划分为P WM调光任务和通信任务㊂P WM 调光任务根据接收的D M X 512调光数据更新P WM 输出信号的占空比㊂通信任务主要接收㊁解析来自无线主控制器的数据,并对相应指令进行相应操作㊂无线从控制器的流程图如图6所示㊂图6 无线从控制器程序流程图图9 不加平滑滤波算法结果表3 实验结果和精度待测电阻/Ω平滑滤波测量结果/Ω平滑滤波测量精度198.2200.21.00%2.01k 2.0134k 0.17%19.8k 19.899k 0.50%15.8M 15.652M 0.94%199k 198.99k 0.05%结 语实验结果表明,该测量系统相比于一般的电阻测量电路,精度明显提高,干扰较少,稳定性良好,而且量程宽,灵活性较强㊂使用的平滑滤波算法可扩展性强,能使系统应用于多种高精度测量领域,同时也适用于一些实时性要求比较高的场景,在电阻测量领域将会有很广阔的应用场景㊂参考文献[1]余水宝,王霄,陈希.高精度电阻在线测量方法研究[J ].仪器仪表学报,2006(S 2):12471248,1266.[2]许伟明,李瑜煜,方浩,等.针对热电材料的高精度宽范围电阻测量电路[J ].电子测量技术,2016,39(2):1417,24.[3]安莹,胡娟.低测试电流的微电阻测量系统[J ].光电技术应用,2011,26(5):6871.[4]丁志杰,李明勇,张小玢.基于数控电阻和恒流源的电阻测量仪[J ].电子测量技术,2014,37(7):1416.[5]胡军.一种微电流测量方法的研究[J ].国外电子测量技术,2014,33(4):3135.[6]杨宇祥,乔洋.一种多频率同步信号激励电流源设计[J ].仪器仪表学报,2013,34(4):908913.[7]吕海堂,周明华.电阻在线精密测量方法的研究与实现[J ].电测与仪表,2014,51(1):7174.[8]庄双勇,吕燕,何睿.一种高精度多功能校准源电阻突变问题的处理[J ].电子测量技术,2015,38(2):3741.[9]杨黎,吴宗泽.基于D S P 的高精度自动电阻测量仪设计[J ].计算机测量与控制,2014,22(6):19901992.[10]张廷锋,许少衡.一种基于电容充放电的时间间隔测量方法[J ].国外电子测量技术,2011,30(11):3032,35.[11]夏庭君.3D 打印技术与产业的发展及前景分析[J ].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(11):9596.[12]刘鹏,庞澄清,吕颖.改进平滑滤波算法在车辆组合导航系统中的仿真研究[J ].机械与电子,2016,34(1):2426,30.侯冠东(硕士研究生),主要研究方向为嵌入式系统开发㊁数字信号处理;韩鹏(副教授),主要研究方向为数字信号处理㊁智能仪表仪器㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2018-06-22)结 语本文将C C 1101无线通信代替双绞线进行通信,解决了布线困难的问题,C C 1101工作的频段宽,在接入多个无线系统时,可以将其设置在不同的频段,另外为了提高无线主从控制器通信抗干扰能力,引入了跳频机制㊂无线从控制器作为单个灯具节点,使无线设备具有更加灵活的特点㊂经测试,无线系统工作稳定,可以实现花样调光㊁无线设备地址分配等功能㊂参考文献[1]王东波.基于D M X 512协议的照明控制系统设计[D ].杭州:杭州电子科技大学,2013.[2]A N S I .E n t e r t a i n m e n t T e c h n o l o g y ,U S I T T D M X 512A :A s yn -c h r o n o u s S e r i a l D i gi t a l D a t a T r a n s m i s s i o n S t a n d a r d f o r C o n t r o l -l i n g L i g h t i n g E q u i pm e n t a n d A c c e s s o r i e s .A N S I E 1112004.[3]梁艺,周卫星,陈炳锐.基于D M X 512协议的灯光控制信号无线传输设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,2009(7):4648.[4]柳春青.基于D M X 512的智能灯光控制系统的设计与实现[D ].成都:电子科技大学,2015.[5]刘雪亭.基于C C 1101的无线收发系统设计[J ].电子设计工程,2016,24(18):123125,128.[6]朱秋君,李立,单志林.基于C C 1101的时分多址接入系统设计[J ].物联网技术,2014,4(7):5253,57.[7]张玉杰,周洁,邱金妮.L E D 景观照明系统设计与实现[J ].电子器件,2017,40(1):262266.张玉杰(教授),主要研究方向为信息采集与处理㊁模式识别㊁嵌入式系统开发等;高深圳(硕士研究生),主要研究方向为控制工程㊁嵌入式开发㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2018-07-10)。
DMX512 LED灯光控制器的设计与开发
DMX512 LED灯光控制器的设计与开发1 概述近几年来，作为半导体" target="_blank">半导体照明领域的一部分，城市景观照明及室内外装饰照明的霓虹灯和部分传统光源必将逐步被具有节能、环保、寿命长、可靠性高及可实现全彩变化的LED光源所取代。
目前，在装饰照明领域中用LED制作的各类灯具正被逐步推广。
DMX灯光控制器是广泛应用于LED灯光系统的控制设备，可以根据用户的需要实现不同的显示方案，实现令人眩目的色彩方案。
本控制器采用DMX512协议进行通讯。
2 背景知识本控制器采用DMX512协议进行通讯。
下列知识必须具备：1） DMX512协议，请参考文章《DMX512协议》。
2） PIC18单片机软硬件开发技术。
3） PCB及电子电路设计技术。
4） C语言。
3 DMX灯光控制系统介绍。
图 3外围时钟电路4 .2 RGBW模块本模块由CPU的PWM模块控制，实现对LED RGB全彩灯的控制，以实现不同的色彩显示方案。
本模块电路结构简单，对应的RGBW四路输出分别接在了CPU 的四个PWM输出I/O管脚，由PWM模块输出相应的脉冲波形，以控制4个MOS管的打开和关断，从而得到不同的色彩方案。
4 .3 按键模块用于用户进行相关参数的设置，在当前版本中没有使用到本功能。
每个按键通过上拉电阻上拉后直接接到CPU的I/O管脚即可。
4 .4 无线接收模块本模块用于接收来自配套的无线遥控器的控制信号，以方便用户进行相关参数的设定和测试。
本模块使用了台湾KEYMARK公司专用的无线收发套装芯片，该模块采用曼彻思特编码。
本系统中为接收芯片，该芯片接口简单，只需要一个I/O即可实现信号的接收，并由软件来完成信号的处理。
4 .5 RS-485模块RS-485接收模块用于实现DMX512协议，DMX512协议使用的物理层接口即为RS-485接口。
本模块使用了通用485接口芯片MAX487用于实现RS-485接口与单片机的UART串口的电平转换。
基于DMX512协议的LED灯光场景编辑软件设计
杨 静(1978—),女,讲师,博士研究生,研究方向为图像处理、计算机应用。
基于DM X512协议的L ED 灯光场景编辑软件设计3杨 静1, 马小军1, 王永庆2(1.南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京 210009;2.南京汉德森科技股份有限公司,江苏南京 211100)摘 要:基于DM X512协议设计了L ED 灯光场景控制系统,可实现对L ED 灯具的控制。
对系统的结构、DM X512协议作了简单的阐述,重点介绍了L ED 灯光场景编辑软件的主要功能和软件主界面,并给出了场景编辑中图像处理的部分程序。
该系统能够满足工程需求,已在实际应用中取得了较好的效果。
关键词:D MX512协议;LE D 灯光场景控制系统;图像处理;软件设计中图分类号:T U113 文献标识码:B 文章编号:167428417(2010)0320015205马小军(1956—),男,教授,研究方向为建筑电气与智能化、智能照明控制。
王永庆(—),男,工程师,研究方向为L D 灯具设计与控制、景观亮化工程设计。
3基金项目6年江苏省软件和集成电路业专项经费资助项目0 引 言第四代照明光源L E D 灯具有寿命长、功耗低、色彩绚丽可变、安全、低压供电等优点,在照明和装饰领域逐渐受到世人的瞩目。
为了使LED 灯光达到动态多彩的变化效果,LED 灯光照明控制系统应运而生。
本文介绍的LED 灯光场景控制系统基于D MX512协议,其中LED 灯光场景控制器用于LED 灯具的集中控制。
LED 灯光场景编辑软件具有良好的人机界面,用户可以根据照明设计方案和现场环境来编辑和组合LED 控制单元的变化,使LED 显示系统能实现跳变、渐变、文字、图像、动画等特技效果,满足灯光亮化工程和建筑景观的需要。
该系统现已应用于实际工程中。
1 LED 灯光场景控制系统LED 灯光场景控制系统由LED 灯光场景控制器(与L E D 屏统称为下位机)和PC 机上的LED 灯光场景编辑软件(上位机)组成,这是一种异步工作方式。
基于DMX512的智能灯光控制系统的设计与实现
作者签名：
Hale Waihona Puke 日期： 年 月 日论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。
教授 成都 副研究员 绵阳
（姓名、职称、单位名称）
申请学位级别 硕士 专业学位类别 工 程 硕 士
工程领域名称
电子与通信工程
提交论文日期 2015.9.1 论文答辩日期 2015.11.17 学位授予单位和日期 电子科技大学 2015 年 12 月 26 日
答辩委员会主席
评阅人
注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号。
本文主要针对基于 DMX512 的智能灯光控制系统现存不足进行了研究与设 计，完成基于 DMX512 的智能灯光控制系统开发，形成一套完善的技术方案与原 型系统。文章首先介绍 LED 照明技术的研究背景、研究意义及国内外相关技术研 究现状，给出本文的主要内容和章节安排；然后，论述了系统设计的技术基础， 主要介绍了基于 DMX512 的智能灯光控制系统在设计过程中涉及到的软硬件技 术；其次，文章介绍了系统的主要功能需求，概述了系统的总体方案和架构设计， 介绍了各部分间的工作关系，并列举了设计过程中所产生的技术创新点；接下来， 从硬件设计入手，着重分析了智能灯光控制系统中的概要设计、硬件设计及相关 的详细设计；再接下来，以软件设计为主，全面分析了这一种智能灯光控制系统 中的软件流程、数据结构和实现方法等方面，主要包括文件系统、数据传输控制、 同步算法研究、场景编排软件及用户界面设计等；此外，简述了系统重要部分的 调试过程，并介绍了调试时遇到的问题及解决方法；最后，文章对论文所做的工 作进行了总结，评价了在设计过程中取得的成果以及设计中存在的不足之处，对 该控制系统的后续功能扩展提出了自己的看法。
基于DMX512协议的嵌入式LED控制系统设计
Classified Index: TP311.1U.D.C: 621.3Dissertation for the Master Degree in Engineering THE DESIGN OF EMBEDDED LED CONTROL SYSTEM BASED ON DMX512 PROTOCOLCandidate：Huang JunjieSupervisor：Wu ZejunAcademic Degree Applied for：Master Degree in Engineering Specialty：Microelectronics and Solid-StateElectronicsAffiliation：Shengzhen Graduate SchoolDate of Defence：December, 2014Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前，LED（Light Emitting Diode）的应用技术已经非常成熟，与LED相关的产品也走进了人们的日常生活中。
在LED的使用早期，其主要用于指示，如交通信号灯和仪表的指示灯，但是在当前，大型的LED显示屏和LED装饰灯已经非常的普遍，故LED的应用已经进入到了一个新的领域。
因此，针对不同应用的LED控制器也应运而生，一款功能丰富且操作简单的控制器对LED应用的推广尤为重要。
在本课题中采用了ARM+Linux的嵌入式开发模式，控制器中使用的处理器是基于ARM920T核的S3C2440芯片，并以Linux 2.6.30的操作系统作为软件平台。
详细的分析了DMX512舞台灯光控制协议，最终，设计和完成了本文的嵌入式LED控制系统。
本文首先从应用层、操作系统层和硬件层三个层面对嵌入式Linux系统的结构进行的简要的分析。
基于同步DMX512的LED控制系统设计
信 格式 。灯 具 控 制方 案 主要 包 括 ＤＭＸ５ ２协 议 、 １ ＤＡＬＩ 总 线 方 案 、 Ｐ 移 位 总 线 方 案 。 ＤＭＸ５ ２是 现 在 最 流 行 的 控 ＳＩ １ 制方 法 ， 是 在 实 际应 用 中 多 采 用 控 制 器 互 联 来 进 行 控 制 但 的 照 明 方 案 ， 件 比较 复 杂 。ＤＡＩ 软 线 是 欧 洲 提 出 的 一 Ｉ总
关 键 词 ：ＤＭＸ５ ２ 同步 ； Ｄ５ ２ 单 片 机 ； Ｅ １； Ｓ １ ８； Ｌ Ｄ
中 图分 类 号 ：ＴＰ ３ ． ３ ３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
ＬＥＤ Ｃｏｎ ｒ ｓ ｅ Ｂａ ｅｄ ｏ ｎ ｈ ｏｎ ｕ ｔｏｌＳｙ ｔ ｍ ｓ ｎ Ｓｙ ｃ ｒ ｏ ｓ ＤＭＸ５１ ２
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基 于 同 步 ＤＭＸ ５ １ ２的 Ｌ Ｄ 控 制 系 统 设 计 Ｅ
付 进 华 ， 爱 昱 。 晖 ‘ 谷 杨
（ 东 ＿ 大 学 自动 化 学 院 ， 州 ５ ０ ０ ） 广 丁业 广 １ ０ ６
摘 要 ：介 绍 ＤＭＸ５ ２灯 光控 制 协 议 的 帧 及 其 数 据 格 式 、 输 方 式 ， 析 ＤＭＸ５ ２的 优 缺 点和 异 步 ＤＭＸ５ ２的缺 点 ； 出 １ 传 分 １ １ 提 采 用 Ｓ １ ８芯 片 实 现 同步 ＤＭＸ５ ２协 议 以 及 对 ＲＧＢ Ｌ Ｄ５ ２ １ ＥＤ灯 的 控 制 ， 给 出 了软 硬 件 设 计 方 法 。 并
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DM512协议的LED灯具控制系统
DM512协议的LED灯具控制系统篇一：基于同步DMX512的LED控制系统设计基于同步DMX512的LED控制系统设计摘要：介绍DMX512灯光控制协议的帧及其数据格式、传输方式，分析DMX512的优缺点和异步DMX512的缺点；提出采用SD5128芯片实现同步DMX512协议以及对RGB LED灯的控制，并给出了软硬件设计方法。
关键词：DMX512；同步；SD5128；单片机；LED引言灯光控制系统大量采用了由USITT(美国剧场技术协会)提出的DMX512通信协议，该通信协议采用异步通信格式。
灯具控制方案主要包括DMX512协议、DALI总线方案、SPI移位总线方案。
DMX512是现在最流行的控制方法，但是在实际应用中多采用控制器互联来进行控制的照明方案，软件比较复杂。
DALI 总线是欧洲提出的一种灯光控制总线方案，DALI系统中每个灯具都有一个地址和一组控制命令，但其通信的速度不够快。
SPI移位总线方案是采用级联的方法，变化速率很高，但是此方法数据量比较大，灯之间的线较多，软件难度大，产品可靠性差。
DMX512标准要求每个灯具都要有一个控制器，而每个灯都要设置地址很麻烦，异步传输方式也很麻烦。
针对此缺点，本文提出了基于SD5 128的同步DMX512的LED控制系统设计。
本文给出了同步DMX512实现的软硬件设计方法，在硬件上增加了存储接口芯片以实现灯光控制数据的移动存储，具有更好的拓展性。
同步DMX512是采用同步MX512总线(用一根线实现控制数据的移位和置入)的同步串行传输的方式，吸取了DMX512和SPI移位总线两者的优点。
同步DMX512在电气特性、数据结构方面与DMX512协议大致相同，采用同步传输的方法来进行两线移位传输，并且采取了SPI一位传输的方法来避免DMX512协议的地址设置问题。
同步DMX512保留了DMX512的电气特性，故在灯与灯之间的距离不是很远的情况下，不使用RS485总线。
基于DMX512的智能灯光控制系统的设计与实现
基于DMX512的智能灯光控制系统的设计与实现智能灯光控制系统是一种基于DMX512协议的智能化灯光管理系统，它通过控制器将不同类型的灯光设备连接起来，实现对灯光的远程控制和调节。
本文将详细介绍基于DMX512的智能灯光控制系统的设计与实现。
1.系统设计（1）硬件设计:智能灯光控制系统的硬件设计包括控制器、灯光设备和DMX512信号传输线路。
控制器是系统的核心部分，主要负责接收用户输入的指令，控制灯光设备的亮度、颜色等参数。
而灯光设备包括LED灯、舞台灯等，根据需要可灵活配置。
DMX512信号传输线路负责将控制器发送的指令传输给灯光设备。
（2）软件设计:智能灯光控制系统的软件设计主要包括控制器程序和用户界面设计。
控制器程序通过解析用户输入的指令，生成对应的DMX512信号，并发送到灯光设备上。
用户界面设计是通过可视化的方式，让用户可以方便地操作灯光设备，包括调整亮度、颜色等参数。
2.系统实现（1）硬件实现:首先，选择合适的控制器和灯光设备，确保其兼容性和可靠性。
其次，搭建DMX512信号传输线路，保证信号的稳定传输。
（2）软件实现:控制器程序的实现主要包括以下几个步骤:①定义DMX512信号的格式和通信协议，包括起始码、通道数等。
②通过串口通信接收用户输入的指令。
③解析用户输入的指令，根据指令生成对应的DMX512信号。
④通过串口通信发送DMX512信号到灯光设备上。
用户界面的实现主要包括以下几个步骤:①设计用户界面的布局和样式，包括操作按钮、滑块、颜色选择器等。
②实现用户界面与控制器程序之间的通信，例如通过TCP/IP或串口通信进行数据交互。
③监听用户的输入事件，并将用户的操作转换为对应的指令发送给控制器程序。
3.功能实现智能灯光控制系统可以实现以下几个主要功能:（1）灯光亮度调节:用户可以通过控制器程序或者用户界面调整灯光的亮度，实现灯光的明暗效果。
（2）灯光颜色调整:用户可以通过控制器程序或者用户界面调整灯光的颜色，实现不同的灯光效果。
基于DMX512协议的LED灯具控制系统
2009年12月第20卷 第4期照明工程学报ZH AOMI NG G ONG CHE NG X UE BAO Dec. 2009V ol 120 N o 14基于DMX 512协议的L ED 灯具控制系统黄以华1 廖世文1 刘燕林1 蔡如海2(1.中山大学信息科学与技术学院电子与通信工程系,广州 510275;2.广州中大中鸣科技有限公司,广州 510275)摘 要:本文提出一种基于DMX 512协议的高亮度全彩LE D 灯具控制系统。
系统前级采用DMX 512信号解码器作为DMX 控制数据中继器,实现信号的频率调制和信号增强。
LE D 灯具采用智能控制和AC 2DC LE D 驱动一体化设计方案,电能利用效率高且控制灵活,并采用PW M 调光方法可实现256级调光从而实现全彩变换。
系统各个部件采用分布式连接,控制灵活而且维护方便,并设计单数据总线通信链路,降低了系统的布线成本。
该系统为舞台灯光控制、室外装饰照明等应用场合提供了良好的解决方案。
关键词:DMX 512;灯具控制系统;脉冲宽度调制;发光二极管DMX 5122B ased Control System for Full 2Color LE D LuminairesHuang Y ihua 1 Liao Shiwen 1 Liu Y anlin 1 Cai Ruhai2(1.Department o f Electronics and Communication Engineering ,School o f Information Science and Technology ,Sun Yat 2Sen Univer sity ,Guangzhou ,Guangdong 510275,China ;2.Guangzhou Joinmax Display Technology Co ,Guangzhou ,Guangdong 510275,China )Abstract This paper presents a DMX512based control system for high 2brightness LE D full 2color 2luminaire.A DMX Decoder is used as a repeater for data transport ,to realize frequency m odulation and signal enhancement.In the full 2color 2luminaire ,a high 2efficiency AC 2DC converter is used to drive the LE D integrates with intelligent control function.2562step PW M is used for the LE D dimming.Distributed connect method is used by the system ,which make the system quite flexible to control and the maintenance of the system much easier.A single data bus is designed to reduce the cabling cost.The s olution of the system can be widely used in many lighting control applications ,such as stage lighting ,outdoor Decorative lighting ,etc.K ey w ords :DMX512;Lighting C ontrol System ;PW M ;Light Emitting Diodes3广东省教育部产学研结合项目(2008B090500049)国家自然科学基金项目(60871059)1 引言近年来,发光二极管(Light Emitting Diodes ,LE Ds )由于其全固态、长寿命、低电压驱动、体积小以及重量轻[1]等特点,使之在民用及工业领域都得到了广泛应用。
基于DMX512协议的灯光控制信号无线传输设计
基于DMX512协议的灯光控制信号无线传输设计引言随着数字化技术和计算机技术的广泛普及，舞台和演播厅等灯光控制系统由传统的模拟控制转变为数字控制。
为了解决各厂家设备兼容性问题，美国剧场技术协会(USITT)制定了DMX512协议标准。
由于该协议简单实用，目前几乎所有的灯光及舞台设备生产厂商都支持该控制协议，使之成为灯光控制的国际标准。
由于协议规定DMX512信号通过EIA-485有线线缆进行传输，这就造成在条件不利于有线布线的环境下设备安装困难。
因此，设计一种短距离无线通信系统来代替有线线缆完成信号的传输就显得十分必要。
1.DMX512协议简介DMX512协议适用于一点对多点的主从式灯光控制系统，主控制器往总线发送控制时序，总线上的其他从灯光设备接收总线数据，提取其对应通道的数据，完成控制信号的接收。
协议规定控制信号数据包的传输通过异步通信的方式进行。
一个DMX512数据包包含起始码和512个数据帧。
数据帧内包含1个起始位(低电平)、8个位数据和2个停止位(高电平)，没有奇偶校验。
DMX512的信号数据传输率为250 kbps，数据帧每位宽度为4μs，发送一帧需要44μs。
一个数据帧代表了一路控制通道，因此该协议支持512路控制通道。
一般舞台灯光设备可以同时接受多路通道控制。
接受的通道数越多，接收的控制数据量也越大，灯光的表现能力也就越强。
譬如，某些舞台激光灯可以根据需要投射出不同图案、颜色甚至字符。
DMX512数据包的传输要符合一定的格式和时序要求。
主要包含1个至少88μs 的低电平输出起始标志(Break)、起始码帧、512个数据帧和最后的数据包结束标志(高电平)。
控制器和接收器只有满足DMX512数据包的时序要求，才能正常完成主从机之间的通信。
具体的信号时序如图1所示。
2系统硬件设计2．1系统设计框图系统设计的目的是利用无线传输代替有线电缆，解决有线布线困难的问题，因此在设计上必须满足轻便易安置的条件，以保证与原有线系统无缝结合。
基于DMX512的LED智能舞台灯具的设计
基于DMX512的LED智能舞台灯具的设计范文飞;黄运生;陈学【期刊名称】《自动化技术与应用》【年(卷),期】2011(030)001【摘要】This paper describes the hardware and software design of the intelligent LED light. Its data transfer protocol is based on the DMX512, and it is designed with double-sided isolation amplifiers whose baud rate is adaptive, and the core CPU is C8051F410. The LED driver is LM3404HV that owns high current and low power consumption features, SN75176 is the DMX bus transceiver. And with the scanning of keyboard which is drived by timed-interrupt, the light is very sensitive, its reaction is rapid and its operation is more human.%本文以DMX512为基本的数据传输协议,采用双向隔离放大器,具有大电流、低功耗的LM3404HV为LED驱动器,以C8051F410为核心控制器,以SN75176为总线收发器,介绍了现代智能LED灯具的相关硬件和软件设计技术.基于双向隔离放大器,本文将普通的单工DMX512网络扩展为半双工的双向通信网络,使灯具的使用更加方便和智能.同时通过定时中断完成键盘扫描,达到了快速灵敏的反应效果,使人机接口更加人性化.【总页数】4页(P82-85)【作者】范文飞;黄运生;陈学【作者单位】中南大学信息学院,湖南,长沙,410083;中南大学信息学院,湖南,长沙,410083;中南大学信息学院,湖南,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TP302.1【相关文献】1.基于DMX512协议的LED灯具控制系统 [J], 黄以华;廖世文;刘燕林;蔡如海2.基于机器视觉技术的LED灯具舞台照明智能控制 [J], 申中鸿;杨林;蒋春旭3.基于DMX512的LED智能舞台灯具的设计 [J], 郭耀棠;蒋文玲;孔凡华4.LED舞台灯具的镜头除雾系统设计 [J], 彭颖茹5.《舞台灯具光度测试与标注》、《DMX512-A数据传输协议》标准审定会在北京召开 [J], 张翔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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paper@me sne t.co m.c n(投稿专用) 2011年第2期53基于同步DMX512的LED 控制系统设计付进华,谷爱昱,杨晖(广东工业大学自动化学院,广州510006)摘要:介绍DM X512灯光控制协议的帧及其数据格式、传输方式,分析DM X512的优缺点和异步DM X512的缺点;提出采用SD5128芯片实现同步DM X512协议以及对RGB L ED 灯的控制,并给出了软硬件设计方法。
关键词:DM X512;同步;SD5128;单片机;LED 中图分类号:T P333.2 文献标识码:ALED Control System Based on Synchron ous DMX512Fu Jinhua,Gu Aiyu ,Yang Hui(Institute of Automation,Guangdong University of T echnology,Guangzhou 510006,China)Abstract:T his paper int roduces the frame of the lighting control protocol DMX512,its data format and transmission mode.It analyzes the advant ages and disadvantages of DMX512,and t he shortcomings of asynchronous DMX512.T his paper proposes that the synchronous DMX512protocol and the control of RGB LED light s be realized by using SD5128chip,and finally provides the design methods of the softw are and hardw are.Key words :DMX512;synchronization;SD5128;microcontroller;LED引 言灯光控制系统大量采用了由U SIT T (美国剧场技术协会)提出的DM X512通信协议,该通信协议采用异步通信格式。
灯具控制方案主要包括DM X512协议、DAL I 总线方案、SPI 移位总线方案。
DM X512是现在最流行的控制方法,但是在实际应用中多采用控制器互联来进行控制的照明方案,软件比较复杂。
DA LI 总线是欧洲提出的一种灯光控制总线方案,DALI 系统中每个灯具都有一个地址和一组控制命令,但其通信的速度不够快。
SPI 移位总线方案是采用级联的方法,变化速率很高,但是此方法数据量比较大,灯之间的线较多,软件难度大,产品可靠性差。
DM X512标准要求每个灯具都要有一个控制器,而每个灯都要设置地址很麻烦,异步传输方式也很麻烦。
针对此缺点,本文提出了基于SD5128的同步DM X512的LED 控制系统设计。
本文给出了同步DM X512实现的软硬件设计方法,在硬件上增加了存储接口芯片以实现灯光控制数据的移动存储,具有更好的拓展性。
同步DM X512是采用同步DM X512总线(用一根线实现控制数据的移位和置入)的同步串行传输的方式,吸取了DM X512和SPI 移位总线两者的优点。
同步DM X512在电气特性、数据结构方面与DM X512协议大致相同,采用同步传输的方法来进行两线移位传输,并且采取了SPI 一位传输的方法来避免DM X512协议的地址设置问题。
同步DM X512保留了DM X512的电气特性,故在灯与灯之间的距离不是很远的情况下,不使用RS485总线。
1 DM X512灯光控制协议DM X512协议是一个数字调光协议,应用它能够对舞台、剧场、演播室等场所的调光器以及其他的控制设备进行数字控制,适用于一点对多点的主从控制。
其互联形式采用了多点总线结构,不存在信息通路阻塞问题,可靠性较高。
协议规定控制信号数据包的传输通过异步通信的方式进行。
一个DM X512数据包包含起始码和512个数据帧。
每一帧数据包括1位低电平起始位、8位数据位、2位高电平停止位。
一个数据帧代表一个控制通道,因此该协议支持512个控制通道。
DM X512协议的帧结构与数据包结构如图1所示。
2 SD5128及其同步DM X512协议SD5128是高集成度低功耗LED 控制芯片。
它采用54 Microco ntrolle rs&E mbedde d Systems 2011年第2期ww w.mesne 图1DMX512协议的帧结构与数据包结构的单线传输模式,内置采样/时钟再生电路、数字锁相电路、移位寄存器、脉宽调制模块,级联能力超过1024颗芯片;提供3个I/O通道,每通道最大8mA输出电流,采用外置驱动的工作模式,可驱动三极管和M OS管。
SD5128采用24位真彩色(8R+8G+8B),结合DM X512协议数据格式,SD5128的帧结构与数据包结构如图2所示。
图2SD5128的帧结构与数据包结构图2中,数据帧和结束符都是高位先移入,每个数据位在时钟的上升沿被采样,下降沿被打出;第一个数据帧对应距移入端最近的LED灯,N表示芯片数量。
结束符=1位 0 +24位 1 ,但在实际编程中,按字节发送1位的 0 和31位的 1 ,所以结束符实际为0x7FFFFFFF 。
对比图1与图2,可以发现SD5128的帧结构和数据包结构比DM X512更简洁。
SD5128帧结构没有起始位和停止位,数据位从8位增加到24位(8R+8G+8B);SD5128的数据包包括24 N位数据(即N帧数据)和1个结束符,没有DM X512的M T BP位、BREAK位、M A B位、SC位。
更简洁的数据结构对实现快速的同步DM X512协议有很大的作用,SD5128的单线级联移位串行控制使控制系统更加简洁,接线更加简单。
SD5128的级联方式能实现多像素点控制,每个SD5128控制一个L ED像素点,级联方式如图3所示。
3 LE D控制系统设计3.1 硬件设计硬件结构如图4所示。
相比传统的DM X512主从控制模式要简单很多,只有一个主控制器(M CU)、级联的SD5128芯片和存储DM X512数据文件的U SB接口芯片。
SD5128与RGB LED灯的连接方式如图5所示。
可以实现单色256个灰度变化以及2563种混合颜色变化,达到更好的混色效果。
图3SD5128级联方式图4系统硬件结构框图图5SD5128与RGB LED连接图U SB接口选择南京沁恒电子公司研发的U SB接口芯片CH375,采用被动并行接口方式。
CH375工作在主机方式下,主要实现单片机读U盘功能以及对灯光数据的移动控制,增强了可拓展性和易用性。
CH375与M CU的接口电路如图6所示,CH375的D0~D7与M CU的P1总线相连。
图6CH375与单片机的接口电路paper@me sne t.co m.c n(投稿专用) 2011年第2期553.2 软件设计M CU 通过读取U 盘中存储的灯光控制文件来实现对LED 灯的控制。
U 盘中可以存放多个文件,且每个文件都是一组数据的组合,并以文件名区分和识别。
CH 375提供了U 盘文件级子程序库,M CU 可以直接调用子程序库读写U 盘中的灯光控制数据,无需考虑文件系统,这不仅降低了研究难度,而且也降低了综合开发成本。
主程序流程如图7所示。
图7主程序流程当确定U 盘插入时,先搜索U 盘里指定文件的个数,再读取指定的文件,判断该文件的大小,打开文件并发送一组控制数据。
当一组控制数据的末尾是0x7FFFFFFF时,说明是一组控制数据的结束符,再发送下一组控制数据,直到文件中数据发送完为止,关闭文件并打开下一个文件。
这样,U 盘中多个文件可以组合成绚丽的控制效果。
结 语传统DM X512协议采用多控制器互联的控制方法,较为复杂。
本文采用基于SD5128的同步DM X512实现LED 系统的控制,用单个控制器来实现DM X512协议,不仅让控制系统更加简单,而且使用U 盘存储灯光控制数据能够极大地方便用户。
参考文献[1]方福波,刘源福.DM X512控制协议及其实现[J].照明工程学报,2002,13(3):58 61.[2]常州银港数据系统有限公司.SD5128中文手册[OL ].[2010 09].http://w .[3]马伟.计算机USB 系统原理及主/从机设计[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[4]南京沁恒电子有限公司.USB 总线接口芯片CH 375[OL].[2010 09].http://w .[5]汤剑灵,高玉.USB 通信芯片CH375在数据交换中的应用[J].电子工程师,2007,33(10):61 63.[6]韩振雷,齐立森.DMX512灯光控制协议的传输特性及应用要点分析[J].照明工程学报,2009,33(1):44 46.付进华(硕士),主要研究方向为单片机与嵌入式系统应用。
(收稿日期:2010 09 17)联发科技首届校园软件大赛 成果丰硕2010年12月30日,全球无线通信及数字媒体I C 设计厂商联发科技股份有限公司(M ediaT ek,Inc.)宣布,由联发科技主办的 联发科技首届校园软件大赛 圆满落幕。
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这就使得普通的功能手机用户可以在不增加成本的前提下,提前享受只有智能手机才能使用的移动互联网应用带来的体验。
这正是联发科技一直以来秉承的愿景:提升及丰富大众生活。
区别于传统半导体公司举办的以硬件为核心的电子设计大赛,本次软件大赛完全以软件平台为开发核心,更为突出的是参赛选手的作品都很具有商业价值。