CN101711076B - 一种dmx512通信链路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DMX512通信链路及其方法，用于DMX512灯具控制系统中，作为DMX信号解码器与被控灯具的数据传输信道，DMX512通信链路包括DMX信号解码器、DMX512通信链路和灯具收发装置，DMX信号解码器与灯具收发装置之间通过相线L、零线N、地线G和数据线Data连接。方法包括(一)发送链路和(二)接收链路过程。本发明降低了系统的布线成本，同时提高了数据总线驱动能力，使所述的DMX信号解码器实现长距离驱动多个DMX512灯具。
Description
技术领域
本发明涉及灯具控制技术领域，具体涉及一种应用于DMX512灯具控制系统的DMX512通信链路及其方法。
背景技术
LED灯具被广泛应用于舞台、街道等建筑物的装饰上。目前的LED灯具控制系统常采用总线控制方式。DMX512总线协议是USITT(美国剧场技术协会)在1986年发布的一种舞台灯光控制协议，现已成为国际通用的标准协议，被各种灯光控制系统广泛采用。标准的DMX512总线协议规定特定长度的数据帧，每个数据帧的数据容量为513个字节，其中包含一个字节的起始码。总线控制方式一般采用DMX512总线协议进行控制，每个产品设置唯一的地址，一帧数据最多可包含512个字节的数据，一条数据通道最多可以控制170个RGB全彩LED照明产品。
然而，目前的DMX512灯具控制系统大多直接通过RS485或RS422总线将DMX控制器与灯具相连接，这种连接方式需要两路差分信号线，再加上电源线(相线、零线、地线)，则需要5路线。显然，这种链路在长距离通信的情况下会占用比较多的资源，因此设计一种新的通信链路来代替这种差分信号链路是可行的。
发明内容
针对上述提到的目前DMX512灯具控制系统的通信链路存在的问题，本发明提出一种可以解决这些问题的DMX512通信链路及其方法。
一种DMX512通信链路，用于DMX512灯具控制系统中，作为DMX信号解码器与被控灯具的数据传输信道，DMX512通信链路包括DMX信号解码器、DMX512通信链路和灯具收发装置，DMX信号解码器与灯具收发装置之间通过相线L、零线N、地线G和数据线Data连接。
所述DMX512通信链路的一端通过5线：信号地GND、发送信号T+、发送信号T-、接收信号R+、接收信号R-，DMX512接口连接DMX信号发生器，另一端连接DMX512灯具。
DMX信号解码器包括DMX信号解码器MCU和解码器收发电路，DMX信号解码器MCU连接解码器收发电路；灯具收发装置包括灯具收发电路和灯具MCU，收发电路连接灯具MCU。
所述DMX信号解码器MCU通过DMX信号解码器内置MCU的通用异步收发器UART2的TX2、RX2连接解码器收发电路。
所述灯具收发电路通过灯具内置MCU的通用异步收发器UART的RX1、TX1连接灯具MCU。
所述解码器收发电路由光电隔离输出集成电路U1、光电隔离输入集成电路U2、电压放大电路U3、功率缓冲电路U4组成，光电隔离输出电路U1输入连接DMX信号解码器MCU的TX2，输出经电阻R5、R6连接电压放大电路U3，电压放大电路U3输出经电阻R9连接功率缓冲电路U4，功率缓冲电路U4输出经电阻R10、可变电阻RFC输出数据Data。
所述DMX512通信链路的灯具收发电路由MOSFET功率管Q1、高速比较器U5、光电隔离输入集成电路U6、光耦器件U7组成，数据总线上的24VDC信号经R11与R12分压后降为TTL电平，供给高速比较器U5，然后经高速比较器U5实现信号整形，最后经光电隔离输入集成电路U6光电隔离与灯具MCU(109)的串口RX1脚连接，
灯具MCU的串口TX1连接光耦器件U7，光耦器件U7输出连接MOSFET功率管Q1输入。
将TTL电平转换成24V高电压逻辑电平，采用单数据总线进行数据传输，单数据总线以市电零线为参考地。
以总线的方式与DMX512灯具相连，可以长距离驱动多个DMX512灯具。
一种DMX512通信链路方法，工作过程：包括(一)发送链路和(二)接收链路
(一)发送链路
发送链路由DMX信号解码器的发送支路与灯具的接收支路构成，其中，DMX信号解码器的发送支路由光电隔离电路U1、信号放大电路及功率缓冲电路构成，从DMX信号解码器内置MCU的通用异步收发器UART2的TX2引脚发出的TTL电平的信号先后经过上述电路转换成24V高电压逻辑电平，光电隔离电路U1使DMX信号解码器(106)内置MCU与后级的24VDC信号处理电路实现电气隔离，信号经过光电隔离电路U1后，实现了隔离和反相，电压放大电路U3被接成弱反馈的比较器电路，VCC经R6和R8分压后向电压放大电路U3输入2.5V的参考电压；经过光电隔离电路U1和电压放大电路U3的两次反相，放大后的信号与原始TTL信号一样为正逻辑电平信号，功率缓冲电路U4是电压跟随式功率缓冲器件，长距离驱动多个灯具，信号经过DMX信号解码器(103)发送支路后到达灯具(104)的接收支路，灯具(104)的接收支路由分压整形电路和光电隔离电路构成，数据总线上的24VDC信号经R11与R12分压后降为TTL电平，供给高速比较器U5，实现信号整形，最后经光电隔离输入集成电路U6，光电隔离与灯具MCU(109)的串口RX1脚连接；
(二)接收链路
接收链路由灯具(104)的发送支路与DMX信号解码器(103)的接收支路构成，灯具(104)的发送支路由光耦器件U7和MOSFET功率管Q1构成，当灯具内置MCU的UART的TX1引脚输出低电平时，光耦器件U7输出高电平，MOSFET功率管Q1导通，其漏源极2、3引脚电压约为0V，此时，在DMX信号解码器(103)的接收支路上，光电隔离输入集成电路U2输入导通，输出低电平至DMX信号解码器MCU串口RX2脚；当灯具MCU(109)的串口TX1引脚输出高电平时，光耦器件U7输出低电平，MOSFET功率管Q1截止，截止时漏源极2、3引脚间的阻值非常大，此时，由于功率缓冲电路U4一直输出24VDC，使DMX信号解码器(103)接收支路上的光电隔离输入集成电路U2输入截止，输出高电平至DMX信号解码器内置MCU(106)的UART2的RX2脚。
有益效果
本发明将TTL电平转换成24V高电压逻辑电平，采用单数据总线，并以市电中的零线(N)为参考地，这种思路避免了传统两路差分数据线的资源浪费，提高了总线的驱动能力，同时避免了长线传输可能带来的干扰，保证了系统的可靠性。本发明降低了系统的布线成本，同时提高了数据总线驱动能力，使所述的DMX信号解码器实现长距离驱动多个DMX512灯具。
附图说明
图1是本发明DMX512协议的灯光控制系统的框图；
图2是本发明的DMX512通信链路结构框图；
图3是本发明DMX512通信链路的DMX信号解码器收发电路；
图4是本发明DMX512通信链路的灯具收发电路。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明，以便对本发明的技术特征进行更深入的诠释。
图1所示的是本发明的DMX512通信链路所在的DMX512灯具控制系统的框图。系统主要由上位机101、DMX512信号发生器102、DMX信号解码器103以及灯具104四部分组成。上位机101内置一个控制软件，该软件通过以太网接口配置DMX信号发生器工作参数及发送灯光控制信号。DMX信号发生器102根据接收到的信号，发送标准的DMX512信号。DMX信号解码器103收到DMX信号发生器的控制信号后，进行数据的解码和校验，并将信号重新编码发送给灯具104。DMX信号解码器以总线的方式与DMX512灯具相连，可以驱动多个DMX512灯具104。灯具104截获数据总线上相应的控制信号完成相关的控制操作。
上位机101与DMX信号发生器102通过以太网接口连接，其通信协议采用TCP/IP协议，DMX信号发生器102与DMX信号解码器103通过5线DMX512接口连接，实现双向数据通信。
图2是DMX512通信链路结构框图
DMX512通信链路主要包括DMX信号解码器103、DMX512通信链路和灯具收发装置105。DMX512通信链路，应用于DMX512灯具控制系统中，作为DMX信号解码器103与被控灯具的数据传输信道。
DMX512通信链路的一端通过5线：信号地GND、发送信号T+、发送信号T-、接收信号R+、接收信号R-，DMX512接口连接DMX信号发生器102。另一端连接DMX512灯具104。
DMX信号解码器103与灯具收发装置105之间通过相线L、零线N、地线G和数据线Data连接。
DMX信号解码器103包括DMX信号解码器MCU 106和解码器收发电路107，DMX信号解码器MCU 106通过DMX信号解码器103内置MCU的通用异步收发器UART2的TX2、RX2连接解码器收发电路107；
灯具收发装置105包括灯具收发电路108和灯具MCU 109，灯具收发电路108通过灯具104内置MCU的通用异步收发器UART的RX1、TX1连接灯具MCU 109。
解码器收发电路107和灯具收发电路108所构成的链路具有电气隔离与功率放大作用。
通用异步收发器UART发出TTL电平信号经光电隔离、信号放大以及功率缓冲3个环节转换成24V高电压逻辑电平，经以市电零线(N)为参考地的单数据总线传输给灯具。
DMX512通信链路仅用4芯电缆线(相线L、零线N、地线G和数据线Data。)
DMX512通信链路，将TTL电平转换成24V高电压逻辑电平，采用单数据总线进行数据传输，单数据总线以市电零线为参考地。
DMX512通信链路，仅用4根线(相线L、零线N、地线G与数据线Data)，实现DMX信号解码器与DMX512灯具的电气连接。
DMX512通信链路，以总线的方式与DMX512灯具相连，可以长距离驱动多个DMX512灯具。
图3是DMX512通信链路的DMX信号解码器收发电路
DMX信号解码器收发电路107由光电隔离输出电路U1、光电隔离输入集成电路U2、电压放大电路U3、功率缓冲电路U4组成。
光电隔离输出电路U1型号为6N137芯片。集成电路U2型号为6N137。电压放大电路U3型号为运算放大器LM7171芯片。功率缓冲电路U4采用BURR-BROWN公司的器件BUF634。
光电隔离输出集成电路U1输入连接DMX信号解码器MCU 106的TX2，输出经电阻R5、R6连接电压放大电路U3，电压放大电路U3输出经电阻R9连接功率缓冲电路U4，功率缓冲电路U4输出经电阻R10、可变电阻RFC输出数据Data。电阻R10、可变电阻RFC接点连接电源+24V到地反向连接的二极管D1、D2，功率缓冲电路U4输出经电阻R7反馈到光电隔离输入集成电路U2。集成电路U2输入连接DMX信号解码器MCU 106的RX2。
图4是本发明DMX512通信链路的灯具收发电路
DMX512通信链路的灯具收发电路108由MOSFET功率管Q1、高速比较器U5、光电隔离输入集成电路U6、光耦器件U7组成。
MOSFET功率管Q1型号为FRC20。高速比较器U5型号为MAX987。光电隔离输入集成电路U6型号为6N137。光耦器件U7型号为PC817。
数据总线上的24VDC信号经R11与R12分压后降为TTL电平，供给高速比较器U5，然后经高速比较器U5实现信号整形，最后经光电隔离输入集成电路U6光电隔离与灯具MCU(109)的串口RX1脚连接。
灯具MCU 109的串口TX1连接光耦器件U7，光耦器件U7输出连接MOSFET功率管Q1输入。
DMX信号解码器的发送支路与灯具的接收支路构成DMX512链路的发送链路；灯具的发送支路与DMX信号解码器的接收支路构成DMX512链路的接收链路。DMX信号解码器内置MCU通过发送链路转发灯具控制信号给灯具，通过接收链路接收灯具返回给DMX信号发生器102的应答信号。
下面将分别详细说明所述的发送链路和接收链路的工作原理、方法及工作过程：包括(一)发送链路和(二)接收链路
(一)发送链路
发送链路由DMX信号解码器的发送支路与灯具的接收支路构成。其中，DMX信号解码器的发送支路由光电隔离电路U1、信号放大电路及功率缓冲电路构成，从DMX信号解码器内置MCU的通用异步收发器UART2的TX2引脚发出的TTL电平的信号先后经过上述电路转换成24V高电压逻辑电平。光电隔离电路U1使DMX信号解码器106内置MCU与后级的24VDC信号处理电路实现电气隔离。信号经过光电隔离电路U1后，实现了隔离和反相。电压放大电路U3被接成弱反馈的比较器电路，VCC经R6和R8分压后向电压放大电路U3的第3引脚(即正相输入端)输入2.5V的参考电压。电压放大电路U3的工作电压为24V，因此当光电隔离电路U1输出为0时，电压放大电路U3输出24V；当光电隔离电路U1输出为1时，电压放大电路U3输出0V，从而信号电压被反相放大。经过光电隔离电路U1和电压放大电路U3的两次反相，放大后的信号与原始TTL信号一样为正逻辑电平信号。功率缓冲电路U4是电压跟随式功率缓冲器件，压摆率达2000V/us，具有很好的跟随能力，而且在很宽的温度范围，在(-40℃～85℃)范围内都能正常工作，其最大平均电流250mA，具有很强的驱动能力，可以长距离驱动多个灯具。
信号经过DMX信号解码器103发送支路后到达灯具104的接收支路。灯具104的接收支路由分压整形电路和光电隔离电路构成。数据总线上的24VDC信号经R11与R12分压后降为TTL电平，供给高速比较器U5，然后经高速比较器U5型号为MAX987实现信号整形，最后经光电隔离输入集成电路U6型号为6N137光电隔离与灯具MCU(109)的串口RX1脚连接。
(二)接收链路
接收链路由灯具104的发送支路与DMX信号解码器103的接收支路构成。灯具104的发送支路由光耦器件U7和MOSFET功率管Q1构成。当灯具内置MCU的UART的TX1引脚输出低电平时，光耦器件U7输出高电平，MOSFET功率管Q1导通，其漏源极2、3引脚电压约为0V。此时，在DMX信号解码器(103)的接收支路上，光电隔离输入集成电路U2输入导通，输出低电平至DMX信号解码器MCU串口RX2脚；当灯具MCU 109的串口TX1引脚输出高电平时，光耦器件U7输出低电平，MOSFET功率管Q1截止，截止时漏源极2、3引脚间的阻值非常大。此时，由于功率缓冲电路U4一直输出24VDC，使DMX信号解码器103接收支路上的光电隔离输入电路集成U2输入截止，输出高电平至DMX信号解码器内置MCU(106)的UART2的RX2脚。
本DMX512通信链路将TTL电平转换成24V高电压逻辑电平，采用单数据总线，并以市电中的零线为参考电压，仅用4芯电缆线(相线L、零线N、地线G与数据线Data)实现与灯具的电气连接，如图2所示。既避免了传统直接用RS485总线连接灯具造成的线路资源浪费，同时提高了总线的驱动能力，实现长距离驱动多个灯具，避免了长线传输可能带来的干扰，增强了系统的可靠性。
上述给出了本发明的一个具体实施方式，但是上述实施例中的电路功能可以通过选用不同的芯片来实现，本领域的技术人员可根据实际情况选择合适的实现方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、变型等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种DMX512通信链路，用于DMX512灯具控制系统中，作为DMX信号解码器与被控灯具的数据传输信道，DMX512通信链路包括DMX信号解码器（103）、DMX512通信链路和灯具收发装置（105），其特征在于，DMX信号解码器（103）与灯具收发装置（105）之间通过相线L、零线N、地线G和数据线Data连接；
所述DMX信号解码器（103）包括DMX信号解码器MCU（106）和解码器收发电路（107），DMX信号解码器MCU（106）连接解码器收发电路（107）；灯具收发装置（105）包括灯具收发电路（108）和灯具MCU（109），收发电路（108）连接灯具MCU（109）；其中，
所述解码器收发电路（107）由光电隔离输出集成电路U1、光电隔离输入集成电路U2、电压放大电路U3、功率缓冲电路U4组成，光电隔离输出电路U1输入连接DMX信号解码器MCU（106）的TX2，输出经电阻R5、R6连接电压放大电路U3，电压放大电路U3输出经电阻R9连接功率缓冲电路U4，功率缓冲电路U4输出经电阻R10、可变电阻RFC输出数据Data；
所述DMX512通信链路的灯具收发电路(108)由MOSFET功率管Q1、高速比较器U5、光电隔离输入集成电路U6、光耦器件U7组成,数据总线上的24VDC信号经R11与R12分压后降为TTL电平，供给高速比较器U5，然后经高速比较器U5实现信号整形，最后经光电隔离输入集成电路U6光电隔离与灯具MCU(109)的串口RX1脚连接,灯具MCU(109)的串口TX1连接光耦器件U7，光耦器件U7输出连接MOSFET功率管Q1输入。
2.根据权利要求1所述的DMX512通信链路，其特征在于，所述DMX512通信链路的一端通过5线：信号地GND、发送信号T+、发送信号T-、接收信号R+、接收信号R-，DMX512接口连接DMX信号发生器（102），另一端连接DMX512灯具（104）。
3.根据权利要求1所述的DMX512通信链路，其特征在于，所述DMX信号解码器MCU（106）通过DMX信号解码器(103)内置MCU的通用异步收发器UART2的TX2、RX2连接解码器收发电路(107)，DMX信号解码器(103)内置MCU的通用异步收发器UART1的TX1、RX1连接DMX512接口(110)。
4.根据权利要求1所述的DMX512通信链路，其特征在于，所述灯具收发电路（108）通过DMX512灯具（104）内置MCU的通用异步收发器UART的RX1、TX1连接灯具MCU（109）。
5.根据权利要求1所述的DMX512通信链路，其特征在于：它将TTL电平转换成24V高电压逻辑电平，采用单数据总线进行数据传输，单数据总线以市电零线（N）为参考地。
6.根据权利要求1所述的DMX512通信链路，其特征在于：它以总线的方式与DMX512灯具相连，可以长距离驱动多个DMX512灯具。
7.一种DMX512通信链路方法，工作过程：包括（一）发送链路和（二）接收链路
(一)发送链路
发送链路由DMX信号解码器的发送支路与灯具的接收支路构成，其中，DMX信号解码器的发送支路由光电隔离电路U1、信号放大电路及功率缓冲电路构成，从DMX信号解码器内置MCU的通用异步收发器UART2的TX2引脚发出的TTL电平的信号先后经过上述电路转换成24V高电压逻辑电平，光电隔离电路U1使DMX信号解码器（106）内置MCU与后级的24VDC信号处理电路实现电气隔离，信号经过光电隔离电路U1后，实现了隔离和反相，电压放大电路U3被接成弱反馈的比较器电路，VCC经R6和R8分压后向电压放大电路U3输入2.5V的参考电压；经过光电隔离电路U1和电压放大电路U3的两次反相，放大后的信号与原始TTL信号一样为正逻辑电平信号，功率缓冲电路U4是电压跟随式功率缓冲器件，长距离驱动多个灯具，信号经过DMX信号解码器（103）发送支路后到达灯具（104）的接收支路，灯具（104）的接收支路由分压整形电路和光电隔离电路构成，数据总线上的24VDC信号经R11与R12分压后降为TTL电平，供给高速比较器U5，实现信号整形，最后经光电隔离输入集成电路U6，光电隔离与灯具MCU（109）的串口RX1脚连接;
(二)接收链路
接收链路由灯具(104)的发送支路与DMX信号解码器(103)的接收支路构成,灯具(104)的发送支路由光耦器件U7和MOSFET功率管Q1构成,当灯具内置MCU的UART的TX1引脚输出低电平时，光耦器件U7输出高电平，MOSFET功率管Q1导通，其漏源极2、3引脚电压为0V,此时，在DMX信号解码器(103)的接收支路上，光电隔离输入集成电路U2输入导通，输出低电平至DMX信号解码器MCU串口RX2脚；当灯具MCU(109)的串口TX1引脚输出高电平时，光耦器件U7输出低电平，MOSFET功率管Q1截止，此时，由于功率缓冲电路U4一直输出24VDC，使DMX信号解码器(103)接收支路上的光电隔离输入集成电路U2输入截止，输出高电平至DMX信号解码器内置MCU(106)的UART2的RX2脚。
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