專利名稱：多兼容led照明控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多兼容LED照明控制系統(tǒng)，尤其適用于城市燈光控制，能夠記憶變化模式，暫停變化模式，對(duì)燈具進(jìn)行燈光變化及調(diào)光。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)照明的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)機(jī)械式開(kāi)關(guān)照明系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單、布線復(fù)雜、擴(kuò)展性差，已不能滿足人們的要求，網(wǎng)絡(luò)化的智能照明系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。智能照明系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電子技術(shù)和現(xiàn)代燈具的先進(jìn)制造工藝，為不同場(chǎng)合設(shè)計(jì)要求各異的照明系統(tǒng)，在提供簡(jiǎn)捷的照明控制的同時(shí)，能營(yíng)造和諧舒適的氛圍，并最大限度地節(jié)約能源。智能照明系統(tǒng)的工作是建立在網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)上，目前智能照明系統(tǒng)的主流通信協(xié)·議主要包括DMX512, ACN(Advanced Control Network), DALI 等。但目前市場(chǎng)上多數(shù) LED終端控制器生產(chǎn)廠家采用了變異的DMX512，ACN, DALI協(xié)議，使得一般的協(xié)議控制系統(tǒng)無(wú)法兼容多個(gè)不同廠家的LED終端，研發(fā)具有多兼容性的LED照明控制系統(tǒng)變得非常有價(jià)值。二十世紀(jì)八九十年代，智能樓宇的興起將智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用帶到了一個(gè)全新的高度，如果說(shuō)以前智能照明控制僅僅出現(xiàn)在一些舞臺(tái)燈光的設(shè)計(jì)方面，那么現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)便開(kāi)始轉(zhuǎn)向于跟人們的日常生活更加貼近的場(chǎng)所，使更多的民眾能夠體驗(yàn)到這項(xiàng)新技術(shù)。同時(shí)，“分布式控制〃這個(gè)概念正在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域興起，聰明的設(shè)計(jì)者靈活地將這一概念運(yùn)用到智能照明控制上面，從而極大地發(fā)揮了智能照明控制的功能。調(diào)光網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制定具有劃時(shí)代的意義，這也引起了眾多商家在效仿DMX512協(xié)議的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研發(fā)更加出色的調(diào)光協(xié)議，智能照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)了欣欣向榮、百花爭(zhēng)艷的場(chǎng)面。大致可以分為以下幾類首先是C-Bus協(xié)議、Dynet協(xié)議以及LUTRON燈光控制技術(shù)，這些協(xié)議都是由一些著名的燈光設(shè)備制造廠商獨(dú)立研發(fā)出來(lái)的；以上的這些協(xié)議在它們各自的領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，美國(guó)劇場(chǎng)協(xié)會(huì)的那些委員們當(dāng)初在制定燈光控制協(xié)議的時(shí)候也不會(huì)想到如今各種協(xié)議充斥于照明市場(chǎng)，他們的初衷是建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范智能照明系統(tǒng)，可實(shí)際情況下，想要在短期內(nèi)將這么多的協(xié)議統(tǒng)一到一種協(xié)議上是有相當(dāng)難度的。鑒于此，我們可以想象，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，以DMX512協(xié)議為主，多種協(xié)議并存、相互交叉應(yīng)用的情況將會(huì)一直存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多兼容LED照明控制系統(tǒng)，適用于景觀照明系統(tǒng)進(jìn)行燈光調(diào)節(jié)，PC遠(yuǎn)程控制，設(shè)置多種變化模式，變化暫停等功能，成本低、體積小、方便安裝及維護(hù)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種多兼容LED照明控制系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括主控制器、分控制器和LED燈具，主控制器依據(jù)UDP協(xié)議向分控制器傳遞DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，分控制器智能接收DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，處理之后輸出給LED燈具。
優(yōu)選的，所述的主控制器與分控制器之間的信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)傳遞。優(yōu)選的，所述的分控制器包括ARM微處理器和FPGA，ARM微處理器接收從主控制器發(fā)出的信號(hào)處理之后傳遞給FPGA，采用FPGA提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，F(xiàn)PGA掛在ARM總線上，采用ARM的處理能力以及FPGA的并行性，實(shí)現(xiàn)UDP和DMX512的無(wú)縫結(jié)合，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。優(yōu)選的，所述的主控制器包括ARM微處理器和人機(jī)交互設(shè)備，人機(jī)交互設(shè)備接收輸入信號(hào)傳遞給ARM微處理器處理之后輸出。優(yōu)選的，所述的主控制器還包括SD卡控制器，ARM微處理器讀取SD卡控制器內(nèi)SD卡存儲(chǔ)的信息文件轉(zhuǎn)化成輸出信號(hào)。優(yōu)選的，所述的分控制器為255個(gè),每個(gè)分控制器對(duì)應(yīng)一個(gè)DMX512總線系統(tǒng),將系統(tǒng)的容量提高255倍。 優(yōu)選的，所述的DMX512總線系統(tǒng)包括16個(gè)DMX512總線，可以對(duì)8192個(gè)燈具進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)功能，可擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)中可接入64個(gè)分控制器，擴(kuò)展為1024路DMX512總線輸出。本發(fā)明達(dá)到的有益效果是，多兼容LED照明控制系統(tǒng)可根據(jù)需要存儲(chǔ)燈光變化模式，并通過(guò)主控制器以及分控制器對(duì)LED燈具實(shí)現(xiàn)變化模式控制，實(shí)現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)以及變化，達(dá)到節(jié)能及美觀的效果。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)組成的示意 圖2是本發(fā)明分控制器的示意 圖3是本發(fā)明主控制器的示意 圖4是本發(fā)明分控制器硬件框架的設(shè)計(jì) 圖5是本發(fā)明主控制器硬件框架的設(shè)計(jì)圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖以示例的方式對(duì)本方案的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的目的在于提供一種多兼容LED照明控制系統(tǒng)，如圖I所示包括主控制器、分控制器和LED燈具三個(gè)部分，主控制器和多個(gè)分控制器組成燈光控制系統(tǒng)，燈具產(chǎn)生光源，主控制器通過(guò)m)P協(xié)議與分控制器通訊，向分控制器發(fā)送DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，分控制器根據(jù)UDP協(xié)議智能的接收數(shù)據(jù)信號(hào)，然后對(duì)LED燈具進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)燈光網(wǎng)絡(luò)的控制。系統(tǒng)中主控制器內(nèi)的上位機(jī)用專用的軟件通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給分控制器，分控制器中通過(guò)ARM微處理器來(lái)接收發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，這些數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗?，再通過(guò)ARM微處理器轉(zhuǎn)發(fā)送給FPGA,之后傳輸給LED燈具(如圖2所不)；如圖3所不另一種方式是脫機(jī)方式，即不需要通過(guò)電腦來(lái)控制，用戶只需要把所要顯示方式、協(xié)議格式等信息存放到SD卡里，再把SD卡插到主控制器上的SD卡控制器中，主控制器的ARM微處理器把SD卡中的信息讀出來(lái)，通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到分控制器，同樣也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LED終端的操作；系統(tǒng)配置多串口形式，這些串口可獨(dú)立的配置各自的波特率，數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)，奇偶校驗(yàn)位等。系統(tǒng)把FPGA配置為16個(gè)串口，通過(guò)軟件優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)這16個(gè)串口同步的發(fā)送數(shù)據(jù)，再通過(guò)各自的串口連接到LED終端。主控制器先處理由燈光效果圖生成的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)UDP協(xié)議將燈光數(shù)據(jù)發(fā)送給分控制器。分控制器解析燈光數(shù)據(jù)，然后根據(jù)燈光數(shù)據(jù)控制燈具亮度，最終實(shí)現(xiàn)景觀照明的設(shè)計(jì)。在整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)中，分控制器采用網(wǎng)絡(luò)通信，控制靈活、可靠、智能性高；網(wǎng)絡(luò)中可以接入255個(gè)分控制器，每個(gè)分控制器對(duì)應(yīng)一個(gè)DMX512總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)的容量提高了 255倍?？梢钥闯霾捎帽驹O(shè)計(jì)方案，可以有效地解決了 DMX512系統(tǒng)燈具控制容量小，智能性不高的缺點(diǎn)，充分滿足景觀照明控制系統(tǒng)的需求。本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)中，由I個(gè)主控制器和若干個(gè)分控制器組成，主控制器由LM3S6965 ARM處理器、SD卡控制器、人機(jī)交互設(shè)備組成。在分控制器設(shè)計(jì)中，每個(gè)分控制器最多有16個(gè)DMX512總線。分控制器以ARM處理 器LM3S6965和FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。分控制器的硬件框圖如圖4，該分控制器主要分為兩部分，一部分是ARM Cortex-M3嵌入式處理器，該部分實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)UDP通信，調(diào)光協(xié)議解析，以及系統(tǒng)的控制和人機(jī)交互；另一部分是基于FPGA的DMX512控制模塊，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)DMX512時(shí)序，實(shí)現(xiàn)DMX512中的控制時(shí)序功能，在該單個(gè)分控中有16個(gè)DMX512總線輸出。如圖5所示LM3S6965為一款A(yù)RM Cortex_M3處理器，是系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)UDP通信，調(diào)光協(xié)議的解析。該款芯片自帶有網(wǎng)絡(luò)控制器，這樣可以省去網(wǎng)絡(luò)控制芯片部分的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜度。SD卡為場(chǎng)景數(shù)據(jù)的存放處，主控制器通過(guò)SD卡可以播放預(yù)先設(shè)計(jì)的燈光場(chǎng)景，當(dāng)我們想要更換播放場(chǎng)景時(shí)，只需要重新拷貝一下場(chǎng)景數(shù)據(jù)到SD卡中。加上LCD和按鍵為系統(tǒng)提供很好的交互界面。在主控制器和分控制器設(shè)計(jì)中，控制芯片都采用LM3S6965，是16/32-bit的RISC微處理器，工作頻率最高為50MHz，其低功耗、高性能的特點(diǎn)為小型設(shè)備提供了微控制解決方案。LM3S6965基于ARM Cortex_M3內(nèi)核，內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)控制器，有I路SSP控制器，256KBFlash ROM, 64KB SRAM，完全滿足需求。LM3S6965內(nèi)部帶有以太網(wǎng)媒體介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC)和物理層(PHY)的功能，包括MAC數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、地址識(shí)別、CRC編碼/校驗(yàn)、MLT-3編碼器、接收噪聲抑制、輸出脈沖成形、超時(shí)重傳、鏈路完整性測(cè)試、信號(hào)極性檢測(cè)與糾正等。所以這里只需要加上一個(gè)RJ45網(wǎng)口便可以完成網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)計(jì)，HR911105A為一款帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45接口。SD卡在24mmx32mmx2. 1mm的體積中結(jié)合了 SanDisk快閃記憶卡控制與MLC(Multilevel Cell)技術(shù)和 Toshiba(東芝)O. 16u 及 O. 13u 的 NAND 技術(shù)，通過(guò) 10 針的接口界面與專門的驅(qū)動(dòng)器相連接。不需要額外的電源來(lái)保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質(zhì)，沒(méi)有任何移動(dòng)部分，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的損壞。LM3S6965集成SD卡控制器，可以方便的對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)。SD卡體積小，容量大，可以存儲(chǔ)大量的DMX512的亮度數(shù)據(jù)信息，在系統(tǒng)上可以對(duì)SD卡文件管理，處理器可以從SD卡中讀取信息，完成對(duì)燈具的亮度調(diào)節(jié)。ARM是高速處理器，是串行設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)控制，協(xié)議解析等工作，當(dāng)然也可以產(chǎn)生控制時(shí)序，但DMX512時(shí)序是一種慢速時(shí)序，用ARM實(shí)現(xiàn)會(huì)大大的降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，為此系統(tǒng)利用FPGA的并行優(yōu)勢(shì)，用FPGA來(lái)產(chǎn)生DMX512控制時(shí)序，再在ARM和FPGA之間架設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)串行處理器與并行處理器的無(wú)縫連接。FPGA與ARM之間主要用于傳輸DMX512亮度數(shù)據(jù)，同時(shí)也傳送一些控制命令，狀態(tài)數(shù)據(jù)等，傳送數(shù)據(jù)為8位。FPGA連接在ARM的GPIO總線上。由于DMX512設(shè)備為慢速設(shè)備，ARM為高速處理器，為了提高ARM的效率，在FPGA內(nèi)部開(kāi)辟RAM空間作為DMX512亮度數(shù)據(jù)的緩存，一個(gè)DMX512數(shù)據(jù)包為512字節(jié)，共有16路，所以在FPGA內(nèi)部開(kāi)辟了 512X16B的空間即可。在FPGA中要實(shí)現(xiàn)16路DMX512控制時(shí)序，然后通過(guò)RS485芯片轉(zhuǎn)成差分信號(hào)輸出。FPGA內(nèi)部先實(shí)現(xiàn)一個(gè)DMX512時(shí)序模塊，對(duì)于FPGA來(lái)說(shuō)并行處理是它的最大優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)好DMX512模塊后，再實(shí)例化15個(gè)相同模塊即可。FPGA的DMX512信號(hào)輸出為單一信號(hào)，通過(guò)MAX485芯片，將其轉(zhuǎn)化為符合RS485標(biāo)準(zhǔn)的差分信號(hào) 。由于DMX512設(shè)備是一種相對(duì)慢速設(shè)備，采用ARM控制會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，本系統(tǒng)要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路DMX512輸出，如果用ARM實(shí)現(xiàn)，大大增加了 CPU負(fù)擔(dān)。FPGA具有并行處理和時(shí)序控制的優(yōu)勢(shì)，采用FPGA實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA掛在ARM總線上，ARM可以方便的與FPGA通信，實(shí)現(xiàn)UDP和DMX512的無(wú)縫結(jié)合。單個(gè)分控制器有16路DMX512總線輸出，可以對(duì)8192個(gè)燈具進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)功能，擴(kuò)展方便，網(wǎng)絡(luò)中可以接入64個(gè)分控制器，擴(kuò)展為1024路DMX512總線輸出，采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，體積小、實(shí)時(shí)性高，功能強(qiáng)大，嵌入式系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可編程，后面可以方便的升級(jí)系統(tǒng)程序，讓系統(tǒng)更智能，采用ARM和FPGA結(jié)合的方式，發(fā)揮了 ARM處理能力，體現(xiàn)了 FPGA的并行性，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，脫機(jī)方式中采用的SD卡可以提高系統(tǒng)擴(kuò)展性和交互性，可以對(duì)系統(tǒng)做文件管理，完成更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，具有液晶顯示。本設(shè)計(jì)采用ARM和FPGA實(shí)現(xiàn)DMX512協(xié)議控制，其中ARM主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信，人機(jī)交互，F(xiàn)PGA主要實(shí)現(xiàn)DMX512協(xié)議。主控制器和分控制器之間的通信換成了速率為IOM的以太網(wǎng)通信，在本系統(tǒng)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，采用的是keil4. O集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單，配置個(gè)項(xiàng)參數(shù)簡(jiǎn)單明了。編程語(yǔ)言采用的是C語(yǔ)言。各部分具體功能如下ARM處理器要完成UDP網(wǎng)絡(luò)通信，人機(jī)交互，F(xiàn)PGA通信等。系統(tǒng)任務(wù)相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很多，所以這里采用前后臺(tái)系統(tǒng)，即不采用嵌入式操作系統(tǒng)，也節(jié)省開(kāi)發(fā)的時(shí)間與難度。開(kāi)發(fā)完嵌入式軟件后，軟件部分的開(kāi)發(fā)并沒(méi)有結(jié)束，嵌入式軟件主要完成的是板子控制部分。而燈具的場(chǎng)景文件的編寫(xiě)是無(wú)法在板子上完成的，而要借助電腦上的專用軟件來(lái)完成。場(chǎng)景文件編寫(xiě)軟件是由LabWindows開(kāi)發(fā)的,編程語(yǔ)目米用的也是C語(yǔ)目。該軟件的功能主要是跟據(jù)用戶的需求，來(lái)完成燈光場(chǎng)景的編輯并把場(chǎng)景轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，編輯完成以后，只需把該文件復(fù)制到SD卡中，把SD卡插入主控中，上電變可工作。盡管為示例目的，已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書(shū)公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求
1.一種多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)包括主控制器、分控制器和LED燈具，主控制器依據(jù)UDP協(xié)議向分控制器傳遞DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，分控制器智能接收DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，處理之后輸出給LED燈具。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器與分控制器之間的信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)傳遞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的分控制器包括ARM微處理器和FPGA，ARM微處理器接收從主控制器發(fā)出的信號(hào)處理之后傳遞給FPGA。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器包括ARM微處理器和人機(jī)交互設(shè)備，人機(jī)交互設(shè)備接收輸入信號(hào)傳遞給ARM微處理器處理之后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制器還包括SD卡控制器，所述主控制器的ARM微處理器讀取SD卡控制器內(nèi)SD卡存儲(chǔ)的信息文件轉(zhuǎn)化成輸出信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4所述的任一多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的分控制器為255個(gè)，每個(gè)分控制器對(duì)應(yīng)一個(gè)DMX512總線系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多兼容LED照明控制系統(tǒng)，其特征在于所述的DMX512總線系統(tǒng)包括16個(gè)DMX512總線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多兼容LED照明控制系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括主控制器、分控制器和LED燈具，主控制器依據(jù)UDP協(xié)議向分控制器傳遞DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，分控制器智能接收DMX512亮度數(shù)據(jù)信號(hào)，處理之后輸出給LED燈具。多兼容LED照明控制系統(tǒng)可根據(jù)需要存儲(chǔ)燈光變化模式，并通過(guò)主控制器以及分控制器對(duì)LED燈具實(shí)現(xiàn)變化模式控制，實(shí)現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)以及變化，達(dá)到節(jié)能及美觀的效果。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102905433SQ20121039188
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者麥偉民, 高建偉, 莊赤東, 胡彥, 劉鎖龍, 孫晨暉 申請(qǐng)人:常州市城市照明工程有限公司