基于LED智能照明控制系統(tǒng)的研究

1 引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會的不斷進步，大功率LED照明應(yīng)用的普及，人們對LED照明的高效控制和功能多樣化的要求也不斷提高，LED智能照明系統(tǒng)應(yīng)運而生。LED智能照明系統(tǒng)充分利用電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將建筑物內(nèi)的各種LED照明器具有機的連接在一起，實現(xiàn)有效的管理和控制。

2 以太網(wǎng)、TCP/IP簡介

以太網(wǎng)(Ethernet)是一種計算機局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。IEEE 制定的 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI 和ARCNET。以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型拓?fù)?，但目前的快速以太網(wǎng)（100BASE-T、1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)）為了最大程度的減少沖突，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率，使用交換機（Switch）來進行網(wǎng)絡(luò)連接和組織，這樣以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就成了星型，但在邏輯上以太網(wǎng)仍然使用總線型拓?fù)浜虲SMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Derect 即帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問) 的總線爭用技術(shù)。

TCP/IP 通訊協(xié)議集是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)最普遍使用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它是著名的國際互聯(lián)網(wǎng)的主體協(xié)議。TCP/IP 協(xié)議的基本傳輸單位是數(shù)據(jù)包。TCP 協(xié)議負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)分成若干個數(shù)據(jù)包，并給每個數(shù)據(jù)包加上包頭，(就像給一封信加上信封) 包頭上有相應(yīng)的編號以保證在數(shù)據(jù)接收端能將數(shù)據(jù)按順序還原為原來的格式。IP協(xié)議在每個包頭上再加上接收端設(shè)備地址，這樣數(shù)據(jù)能找到自己要去的地方。(就像信封上要寫明地址一樣) 如果傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)失真等情況，TCP協(xié)議會自動要求數(shù)據(jù)重新傳輸。IP協(xié)議保證數(shù)據(jù)的傳輸，因此是個地址協(xié)議。TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，因此是個傳輸控制協(xié)議。

3 DMX512簡介

了解燈光的從業(yè)人員都會知道這種協(xié)議，它是當(dāng)今使用最廣的燈光通訊協(xié)議。出于USITT（美國劇院技術(shù)協(xié)會）把Colortran 公司的CMX192中的Band rate 從153.6Kbit/s提升至250Kbit/s及192CH變?yōu)?12CH后發(fā)表（CMX與DMX結(jié)構(gòu)大致相同）。當(dāng)初發(fā)表時Mark After Break(MAB)為4uS，在隨后的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)常有訊號刷新的問題而把MAB 延長為8uS并定義為DMX-512(1990)版本。它的廣泛使用是由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易理解等，各大廠商先后把DMX512接口加到產(chǎn)品上。DMX512協(xié)議的成功推廣且大家樂于使用的另一大功臣是數(shù)十年來電腦燈具的迅速發(fā)展及大量使用于大型演出中。DMX512 仍然是科學(xué)上的一個新領(lǐng)域，具有在規(guī)則基礎(chǔ)上產(chǎn)生的各種奇妙技術(shù)。

DMX512控制線采用5針XLR（有時候是3針）連接設(shè)備，母接口適用于發(fā)送器，而公接口適用于接收器。規(guī)范中建議用一條兩對導(dǎo)線（4 個連接口）來實現(xiàn)屏蔽，雖然只是需要其中一對。第二對導(dǎo)線用于未指定的可選場合中。必須注意的是一些調(diào)光器使用這些線來指示故障和狀態(tài)信息。如果調(diào)光器用第二個信道，則需要專門配置的分路器和中繼器。

XLR 連接器的針口分配如下：
1 屏蔽 地/0 伏
2 內(nèi)部導(dǎo)體（黒） 數(shù)據(jù)–
3 內(nèi)部導(dǎo)體（白） 數(shù)據(jù)＋
4 內(nèi)部導(dǎo)體（綠） 備用數(shù)據(jù)－
5 內(nèi)部導(dǎo)體（紅） 備用數(shù)據(jù)＋

4 業(yè)界主流LED控制系統(tǒng)簡介

4.1：串行控制系統(tǒng)，以級聯(lián)的方式進行控制，每個燈的信號線采用一進一出的方式。代表產(chǎn)品有標(biāo)準(zhǔn)595及兼容芯片，例如臺灣點晶的DM134、135等。由于這種控制方式的芯片本身不產(chǎn)生灰度，如果需要灰度要由控制器來產(chǎn)生，導(dǎo)致系統(tǒng)的傳輸速率過高，在工程應(yīng)用中容易受完成擾穩(wěn)定性差。

優(yōu)點：成本低，控制簡單，不需要設(shè)置地址，對于一些穩(wěn)定性、可靠性要求不是很高的項目可以采用此種控制方式。

缺點：信號線過多，通常需要5根信號線（時鐘、數(shù)據(jù)、鎖存、OE、地）。
由于采用一進一出的方式，導(dǎo)致當(dāng)一個燈出現(xiàn)故障，影響后現(xiàn)一串燈的正常工作。
信號線采用TTL傳輸，燈與燈之間的距離只能在1米以內(nèi)。
非標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，燈具與控制器必須是同一廠家的產(chǎn)品，否則兩者無法兼容。

4.2：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，其中分為DALI總線和RS485總線兩大類。

4.2.1 DALI簡介：
上世紀(jì)90年代末，照明工業(yè)開發(fā)了DALI標(biāo)準(zhǔn)（Digital Addressable Light Interface）。這個數(shù)字可尋址照明接口被設(shè)計取代傳統(tǒng)用于調(diào)光燈鎮(zhèn)流器的1～10V電壓接口。DALI定義了一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字鎮(zhèn)流器接口，不依賴于任何廠商的DALI標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)作為IEC60929國際標(biāo)準(zhǔn)，保證了不同照明設(shè)備廠商的鎮(zhèn)流器的互操作性。DALI組件創(chuàng)造了靈活、低成本、分布式的新一代開放數(shù)字照明系統(tǒng)。這個新的開放標(biāo)準(zhǔn)對于照明控制解決方案的未來業(yè)務(wù)有很大的影響，它正在從根本上改變基于傳統(tǒng)1～10V電壓接口的照明控制解決方案的方式。

DALI標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定義了一個DALI網(wǎng)絡(luò)包括最大的64個單元（可獨立地址），16個組及16個場景。DALI總線上的不同照明單元可以靈活分組，實現(xiàn)不同場景控制和管理。在實際應(yīng)用中，一個典型的DALI控制器控制多達40～50盞燈，可分成16個組，同時能夠并行處理一些動作。在一個DALI網(wǎng)絡(luò)中，每秒能處理30～40個控制指令。這意味著控制器對于每個照明組，每秒需要管理2個調(diào)光指令。DALI并不是真正的點對點網(wǎng)絡(luò)，它是代替1～10V電壓接口控制鎮(zhèn)流器。DALI控制器通常被連接到更高級的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)，以支持更多的設(shè)備和足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬。