基于DMX512 協(xié)議的LED燈光控制器的設(shè)計(jì)與開發(fā)

 1 概述

　　近幾年來，作為半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的一部分，城市景觀照明及室內(nèi)外裝飾照明的霓虹燈和部分傳統(tǒng)光源必將逐步被具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可靠性高及可實(shí)現(xiàn)全彩變化的LED光源所取代。目前，在裝飾照明領(lǐng)域中用LED制作的各類燈具正被逐步推廣。

　　DMX燈光控制器是廣泛應(yīng)用于LED燈光系統(tǒng)的控制設(shè)備，可以根據(jù)用戶的需要實(shí)現(xiàn)不同的顯示方案，實(shí)現(xiàn)令人眩目的色彩方案。本控制器采用DMX512協(xié)議進(jìn)行通訊。

　　2 背景知識

　　本控制器采用DMX512協(xié)議進(jìn)行通訊。下列知識必須具備：

　　1） DMX512協(xié)議，請參考文章《DMX512協(xié)議》。

　　2） PIC18單片機(jī)軟硬件開發(fā)技術(shù)。

　　3） PCB及電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　4） C語言。

　　3 DMX燈光控制系統(tǒng)介紹

　　如圖1為一典型的DMX燈光控制系統(tǒng)，PC主機(jī)通過燈光控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示方案的設(shè)定并通過DMX控臺輸出給DMX控制系統(tǒng)。圖中綠色部分為本文介紹內(nèi)容，系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)將在其他文章中進(jìn)行介紹說明。

 

圖 1DMX燈光控制系統(tǒng)

 

　　4 硬件實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)硬件框圖如圖 2系統(tǒng)硬件框圖：
 

圖 2系統(tǒng)硬件框圖

　4 .1CPU模塊功能描述

　　CPU模塊是系統(tǒng)的主要部分，由CPU控制完成系統(tǒng)的全部功能，本系統(tǒng)采用PIC18F4431單片機(jī)作為控制器。外圍電路由10M晶振提供時(shí)鐘，同時(shí)作兼容設(shè)計(jì)，可由時(shí)鐘芯片MAX7381直接提供時(shí)鐘輸入。電路如圖 3外圍時(shí)鐘電路所示。
 

圖 3外圍時(shí)鐘電路

 

　　4 .2 RGBW模塊

　　本模塊由CPU的PWM模塊控制，實(shí)現(xiàn)對LED RGB全彩燈的控制，以實(shí)現(xiàn)不同的色彩顯示方案。

　　本模塊電路結(jié)構(gòu)簡單，對應(yīng)的RGBW四路輸出分別接在了CPU的四個(gè)PWM輸出I/O管腳，由PWM模塊輸出相應(yīng)的脈沖波形，以控制4個(gè)MOS管的打開和關(guān)斷，從而得到不同的色彩方案。

　　4 .3 按鍵模塊

　　用于用戶進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，在當(dāng)前版本中沒有使用到本功能。每個(gè)按鍵通過上拉電阻上拉后直接接到CPU的I/O管腳即可。

　　4 .4 無線接收模塊

　　本模塊用于接收來自配套的無線遙控器的控制信號，以方便用戶進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和測試。

　　本模塊使用了臺灣KEYMARK公司專用的無線收發(fā)套裝芯片，該模塊采用曼徹思特編碼。本系統(tǒng)中為接收芯片，該芯片接口簡單，只需要一個(gè)I/O即可實(shí)現(xiàn)信號的接收，并由軟件來完成信號的處理。

　　4 .5 RS-485模塊

　　RS-485接收模塊用于實(shí)現(xiàn)DMX512協(xié)議，DMX512協(xié)議使用的物理層接口即為RS-485接口。

　　本模塊使用了通用485接口芯片MAX487用于實(shí)現(xiàn)RS-485接口與單片機(jī)的UART串口的電平轉(zhuǎn)換。接口電路如圖 4MAX487外圍電路。
 

圖 4MAX487外圍電路

4 .6電源模塊

　　本系統(tǒng)控制不但要為控制器內(nèi)部供電，還要為外部RGB燈條供電，因此必須使用大功率電源，電源電壓可支持多種規(guī)格的電源，48V，24V，12V等，并支持電壓檢測和過流檢測。電源模塊輸入為AC 220V/50-60HZ。模塊內(nèi)部需提供5V和3V電源。5V使用HVLM2594轉(zhuǎn)換得到，3V使用AS1117由5V轉(zhuǎn)換得到，用于給無線模塊供電。

　　5 軟件實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用PIC18單片機(jī)，編譯器為PICC18 8.35PL2,C語言編程。系統(tǒng)軟件框圖如圖 5系統(tǒng)軟件框圖。
 

圖 5系統(tǒng)軟件框圖

　　其中：

　　1）無線接收模塊由外部中斷函數(shù)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)曼徹斯特解碼。

　　2）電壓檢測由A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，用于檢測供電電壓，如果供電電壓過低或過高則進(jìn)入相應(yīng)保護(hù)。

　　3）DMX數(shù)據(jù)接收由串口中斷實(shí)現(xiàn)，由軟件實(shí)現(xiàn)DMX512協(xié)議，檢測到DMX512數(shù)據(jù)幀后，將數(shù)據(jù)放入緩存，并置相應(yīng)標(biāo)志位。

　　4）RGB輸出由定時(shí)中斷函數(shù)控制，定時(shí)時(shí)間到，置相應(yīng)標(biāo)志位，根據(jù)當(dāng)前RGB緩存數(shù)據(jù)刷新RGB輸出。

　　6 綜述

　　DMX512燈光控制器目前在LED控制領(lǐng)域得到了已經(jīng)了廣泛應(yīng)用，技術(shù)相當(dāng)成熟，可靠性高，基于本文開發(fā)的控制系統(tǒng)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，產(chǎn)品已經(jīng)在市場得到廣泛應(yīng)用。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)和無線技術(shù)的DMX控制系統(tǒng)會逐步得到更廣泛的應(yīng)用，但是由于帶寬和實(shí)時(shí)性等的限制，得到推廣仍需要時(shí)間，傳統(tǒng)的DMX控制器仍會得到大量應(yīng)用。