專利名稱：基于dmx協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)碼噴頭智能控制器，尤其是涉及一種基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器。
背景技術(shù)：
DMX是Digital Multiplex的縮寫，中文譯名為“數(shù)字多路復(fù)用協(xié)議”，由美國(guó)劇場(chǎng)技術(shù)學(xué)會(huì)(USITT)定義，目前已得到世界各國(guó)生產(chǎn)舞臺(tái)燈光設(shè)備廠商的承認(rèn)和遵守，成為一種廣泛采用的數(shù)字燈光控制協(xié)議。DMX協(xié)議以“幀”為單位，每幀數(shù)據(jù)最多可驅(qū)動(dòng)512個(gè)燈光回路(業(yè)內(nèi)稱為512個(gè)通道)，每個(gè)通道的有效DMX數(shù)值是在0 255 (十進(jìn)制)或00 FF (十六進(jìn)制)之間?；谶@一特性，通過調(diào)節(jié)DMX調(diào)光數(shù)值可實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光回路的線性調(diào) 光。根據(jù)上述原理，舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)師可預(yù)先設(shè)計(jì)好各演出場(chǎng)景的燈光控制程序，在演出開始后，只需啟動(dòng)DMX控制器，燈光設(shè)備就會(huì)按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，在無需過多人工操作的情況下，在舞臺(tái)上演繹出五彩變幻的效果。這種運(yùn)用DMX協(xié)議來實(shí)現(xiàn)演出場(chǎng)景燈光控制方法，極大降低了舞臺(tái)燈光工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作技能要求。音樂噴泉表演與舞臺(tái)表演類似，“水、聲、光”是同時(shí)使用的。目前，音樂噴泉領(lǐng)域越來越強(qiáng)調(diào)“水、聲、光”的和諧統(tǒng)一，數(shù)碼噴頭是實(shí)現(xiàn)這種統(tǒng)一的主要部件?，F(xiàn)有數(shù)碼噴頭大多通過步進(jìn)電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)三維空間任意搖擺，通過控制變頻器來實(shí)現(xiàn)噴水高度的可調(diào)。這種數(shù)碼噴頭的控制系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)控制、變頻器控制、燈光控制等，這些部件的傳統(tǒng)控制方式各不相同，造成整個(gè)數(shù)碼噴頭控制方式比較復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)“水、聲、光”的和諧統(tǒng)一；尤其是多個(gè)數(shù)碼噴頭需要彼此配合形成特殊水型效果時(shí)，要使它們協(xié)同工作，統(tǒng)一控制非常困難，工作效率較低。中國(guó)專利201010611627. 2公開一種數(shù)字化燈具控制系統(tǒng)，基于DMX信號(hào)，通過直流電機(jī)加上位置反饋信號(hào)來控制燈具位置。其控制對(duì)象是燈具，非3D數(shù)碼噴頭；且數(shù)字化燈具控制系統(tǒng)所采用的微處理器是基于ARM-Cortex M3內(nèi)核，制造成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種控制方式簡(jiǎn)單，工作效率高的基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，包括DMX信號(hào)接收處理電路、MCU微處理器電路、DMX通道設(shè)定電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口、變頻器控制接口、燈光輸出控制接口，其特征在于，所述DMX信號(hào)接收處理電路與MCU微處理器電路相連，DMX通道設(shè)定電路與MCU微處理器電路相連，MCU微處理器電路與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口、變頻器控制接口和燈光輸出控制接口相連。進(jìn)一步，優(yōu)選實(shí)施方式是，所述MCU微處理器電路是基于51內(nèi)核的單片機(jī)，單片機(jī)自帶有UART接口，所述DMX信號(hào)接收處理電路包括依次連接的卡儂頭接口、防雷保護(hù)電路、RS485芯片、高速光耦，DMX信號(hào)接收處理電路通過高速光耦與MCU微處理器電路的UART接口連接。進(jìn)一步，優(yōu)選實(shí)施方式是，所述DMX通道設(shè)定電路采用撥碼開關(guān)直接與MCU微處理器電路上的通用IO 口相連。進(jìn)一步，優(yōu)選實(shí)施方式是，還包括光電隔離電路，光電隔離電路位于MCU微處理器電路與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口之間，光電隔離電路一端與MCU微處理器電路的IO 口相連，光電隔離電路另一端與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口相連。進(jìn)一步，優(yōu)選實(shí)施方式是，還包括PWM信號(hào)產(chǎn)生電路，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路位于MCU微處理器電路與燈光輸出控制接口之間，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路一端與MCU微處理器電路的IO 口連接，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路另一端與燈光輸出控制接口相連。進(jìn)一步，優(yōu)選實(shí)施方式是，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)電路和電壓電流轉(zhuǎn)換(V/I轉(zhuǎn)換)電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)電路和電壓電流轉(zhuǎn)換(V/I轉(zhuǎn)換)電路位于MCU微處理器電路與變頻器 控制接口之間，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路一端與MCU微處理器電路的IO 口連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路另一端與電壓電流轉(zhuǎn)換電路一端連接，電壓電流轉(zhuǎn)換電路另一端與變頻器控制接口相連。本實(shí)用新型之基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，將DMX協(xié)議引入音樂噴泉數(shù)碼噴頭的控制，通過DMX信號(hào)接收處理電路接收DMX信號(hào)，解碼后產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)、變頻器控制信號(hào)、燈光控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即通過DMX信號(hào)控制數(shù)碼噴頭中的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括步進(jìn)電機(jī)、變頻器、燈光輸出電路)，不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用DMX協(xié)議下的不同通道，通過統(tǒng)一的協(xié)議可大大降低音樂噴泉設(shè)計(jì)組態(tài)和控制難度，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼噴頭的噴嘴搖擺位置、噴水高度、燈光效果，使得數(shù)碼噴頭的水型、燈光能夠在同一 DMX協(xié)議信號(hào)的控制下協(xié)同工作，使得“水、聲、光”能達(dá)到和諧統(tǒng)一。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，使得數(shù)碼噴頭的控制方式簡(jiǎn)單，精度高，工作效率高，使用壽命長(zhǎng)。

圖I為本實(shí)用新型一實(shí)施例電路原理框圖；圖2為圖I所示實(shí)施例增設(shè)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、電壓電流轉(zhuǎn)換、PWM信號(hào)產(chǎn)生電路和光電隔離電路后的電路原理框圖；圖3是圖I所示實(shí)施例DMX信號(hào)接收處理電路框圖；圖4是現(xiàn)有數(shù)碼噴頭傳統(tǒng)控制方式示意圖；圖5是圖I所不實(shí)施例DMX "[目號(hào)的運(yùn)用原理不意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括DMX信號(hào)接收處理電路I、MCU微處理器電路2、DMX通道設(shè)定電路3、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口 4、變頻器控制接口 5、燈光輸出控制接口 6，所述DMX信號(hào)接收處理電路I與MCU微處理器電路2相連，DMX通道設(shè)定電路3與MCU微處理器電路2相連，MCU微處理器電路2與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口 4、變頻器控制接口 5和燈光輸出控制接口 6相連。所述DMX通道設(shè)定電路3采用撥碼開關(guān)直接與MCU微處理器電路2上的通用IO口相連，通過撥碼開關(guān)的組合狀態(tài)來確定該控制器的DMX通道地址。參照?qǐng)D2，基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器還包括光電隔離電路7，光電隔離電路7位于MCU微處理器電路2與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口 4之間，光電隔離電路7 —端與MCU微處理器電路2的IO 口相連，光電隔離電路7另一端與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口 4相連。基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器還包括PWM信號(hào)產(chǎn)生電路8，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路8位于MCU微處理器電路2與燈光輸出控制接口 5之間，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路8 一端與MCU微處理器電路2的IO 口連接，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路8另一端與燈光輸出控制接口 5相連?；贒MX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)電路9和電壓電流轉(zhuǎn)換(V/I轉(zhuǎn)換)電路10，數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)電路9和電壓電流轉(zhuǎn)換(V/I轉(zhuǎn)換)電路10位于MCU微處理器電路2與變頻器控制接口 6之間，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路9 一端與M⑶微處理器電路2的IO 口連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路9另一端與電壓電流轉(zhuǎn)換電路10 —端連接，電壓電流轉(zhuǎn)換電路10另一端與變頻器控制接口 6相連。參照?qǐng)D3，所述DMX信號(hào)接收處理電路I包括依次連接的卡儂頭接口 1-1、防雷保護(hù)電路1_2、RS485芯片1-3、高速光耦1-4，所述MCU微處理器電路2是基于51內(nèi)核的單片機(jī)，成本相對(duì)較低。該單片機(jī)自帶有UART接口，DMX信號(hào)接收處理電路I通過高速光耦1-4與MCU微處理器電路2的UART接口連接。參照?qǐng)D4，現(xiàn)有數(shù)碼噴頭傳統(tǒng)控制方式是采用各自不同的信號(hào)來控制對(duì)應(yīng)的執(zhí)行部件，對(duì)上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)員要求較高，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。本實(shí)用新型通過DMX信號(hào)接收處理電路I接收DMX信號(hào)，解碼后產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)、變頻器控制信號(hào)、燈光控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼噴頭內(nèi)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括步進(jìn)電機(jī)、變頻器、燈光輸出電路)，從而控制數(shù)碼噴頭的搖擺位置、噴水高度、燈光效果，使得數(shù)碼噴頭的水型、燈光在DMX信號(hào)的控制下協(xié)同工作，使得“水、聲、光”能達(dá)到和諧統(tǒng)一?；贒MX協(xié)議，數(shù)碼噴頭的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別使用DMX協(xié)議下的不同通道，通過改變DMX有效數(shù)值而產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果，使用統(tǒng)一的協(xié)議有利于降低音樂噴泉設(shè)計(jì)組態(tài)和控制難度。只需了解DMX協(xié)議與各執(zhí)行部件的執(zhí)行效果之間的關(guān)系即可，相比傳統(tǒng)控制而言，控制系統(tǒng)和控制方式都得到了簡(jiǎn)化。定義某個(gè)DMX通道的數(shù)據(jù)為燈光控制信號(hào)、步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)、變頻器控制信號(hào)。由于DMX信號(hào)以“幀”為單位，每幀數(shù)據(jù)包含有512個(gè)DMX通道的數(shù)值，即DMX協(xié)議提供有512個(gè)可供定義的控制信號(hào)類型，并且每幀數(shù)據(jù)中均包含有這512個(gè)信號(hào)類型的DMX信號(hào)數(shù)值，從而可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)這512個(gè)所定義的受控通道。將所有各種DMX信號(hào)通過預(yù)先編輯，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼噴頭的自動(dòng)控制，展現(xiàn)出美妙的音樂噴泉效果。參照?qǐng)D5，本實(shí)用新型之基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器的DMX信號(hào)的運(yùn)用原理如下(A)定義DMX通道n (n是基于DMX通道設(shè)定地址再自定義得到)的DMX數(shù)值為步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)信號(hào)，并對(duì)其作進(jìn)一步的定義，當(dāng)DMX的數(shù)值在0 127之間時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，在128 255之間時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；(B)定義DMX通道n+1的DMX數(shù)值為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制信號(hào)，并進(jìn)一步定義，DMX的數(shù)值與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖的個(gè)數(shù)成線性關(guān)系，從而與帶動(dòng)的噴嘴轉(zhuǎn)動(dòng)角度成線性關(guān)系。[0030]通過(A)、(B)，可實(shí)現(xiàn)基于DMX信號(hào)控制的數(shù)碼噴頭的噴嘴搖擺位置。如音樂噴泉組態(tài)設(shè)計(jì)人員可通過在通道I輸出DMX數(shù)值為200，通道2輸出DMX數(shù)值為128，受這兩個(gè)通道控制的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)數(shù)碼噴頭的噴嘴在XY平面上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度；與之類似，若通道3輸出DMX數(shù)值為120，通道4輸出DMX數(shù)值為100，受這兩個(gè)通道控制的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)噴嘴在YZ平面上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。因此，通過四個(gè)通道的DMX數(shù)據(jù)組合，可實(shí)現(xiàn)噴嘴能停在能在三維空間的任意位置。(C)定義DMX通道X的DMX數(shù)值為變頻器的控制信號(hào)，并進(jìn)一 步定義，DMX的數(shù)值與變頻器的電流控制信號(hào)成線性關(guān)系，也就是與變頻器的運(yùn)行頻率成線性關(guān)系。當(dāng)DMX數(shù)值為0時(shí)，數(shù)碼噴頭智能控制器輸出的變頻器控制電流為4mA ;當(dāng)DMX數(shù)值為255時(shí)，數(shù)碼噴頭智能控制器輸出的變頻器控制電流為20mA。通過控制電流的變化，引起變頻器的運(yùn)行頻率變化，從而控制數(shù)碼噴頭的噴嘴噴水的高度。本實(shí)用新型通過引入基于DMX信號(hào)的變頻器控制實(shí)現(xiàn)噴水高度的可控。在一個(gè)大型的音樂噴泉系統(tǒng)中，存在臺(tái)本實(shí)用新型之基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器同時(shí)使用時(shí)，這種采用DMX信號(hào)來統(tǒng)一集中控制的方法，將極大降低控制的復(fù)雜度，±曾強(qiáng)“7jC、聲、光”的和諧統(tǒng)一性。上述所描述的實(shí)施方式，并不代表本實(shí)用新型所有的實(shí)現(xiàn)方式；以上實(shí)施方式也不是對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容的具體限定，所有與本實(shí)用新型技術(shù)方案相類似的構(gòu)造，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，包括DMX信號(hào)接收處理電路、MCU微處理器電路、DMX通道設(shè)定電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口、變頻器控制接口、燈光輸出控制接口，其特征在于，所述DMX信號(hào)接收處理電路與MCU微處理器電路相連，DMX通道設(shè)定電路與MCU微處理器電路相連，MCU微處理器電路與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口、變頻器控制接口和燈光輸出控制接口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，其特征在于，所述MCU微處理器電路是基于51內(nèi)核的單片機(jī)，單片機(jī)自帶有UART接口，所述DMX信號(hào)接收處理電路包括依次連接的卡儂頭接口、防雷保護(hù)電路、RS485芯片、高速光耦，DMX信號(hào)接收處理電路通過高速光耦與MCU微處理器電路的UART接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，其特征在于，所述DMX通道設(shè)定電路采用撥碼開關(guān)直接與MCU微處理器電路上的通用IO 口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，其特征在于，還包括光電隔離電路，光電隔離電路位于MCU微處理器電路與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口之間，光電隔離電路一端與MCU微處理器電路的IO 口相連，光電隔離電路另一端與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，其特征在于，還包括PWM信號(hào)產(chǎn)生電路，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路位于MCU微處理器電路與燈光輸出控制接口之間，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路一端與MCU微處理器電路的IO 口連接，PWM信號(hào)產(chǎn)生電路另一端與燈光輸出控制接口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，其特征在于，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和電壓電流轉(zhuǎn)換電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和電壓電流轉(zhuǎn)換電路位于MCU微處理器電路與變頻器控制接口之間，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路一端與MCU微處理器電路的IO 口連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路另一端與電壓電流轉(zhuǎn)換電路一端連接，電壓電流轉(zhuǎn)換電路另一端與變頻器控制接口相連。
專利摘要基于DMX協(xié)議的數(shù)碼噴頭智能控制器，包括DMX信號(hào)接收處理電路、MCU微處理器電路、DMX通道設(shè)定電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口、變頻器控制接口、燈光輸出控制接口，所述DMX信號(hào)接收處理電路與MCU微處理器電路相連，DMX通道設(shè)定電路與MCU微處理器電路相連，MCU微處理器電路與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制接口、變頻器控制接口和燈光輸出控制接口相連。本實(shí)用新型使得數(shù)碼噴頭控制方式簡(jiǎn)單，精度高，工作效率高，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202533771SQ20122020536
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者吳國(guó)良, 周勇, 毛先柏 申請(qǐng)人:中南大學(xué)