CN102625539B - 一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统与方法，传统的灯光控制系统接口单一，控制信号实时性差，控制方式死板，受控灯具数量受控制器接口数的限制较大。本发明每个控制器通过以太网接口接收来自PC机的灯光控制信号，实时处理有效数据并将控制信号通过控制器上的灯具接口电路实时传输至相应的灯具做出相应动作，并同时将不属于本级控制器的控制信号通过另一以太网接口发送到下级控制器以达到PC机对多级控制器的同步控制。本发明不仅可以提高灯光控制系统的实时性，且系统可级联的特性使其在不同景观照明项目中对灯具数量的选择更具灵活性。

Description

一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统与方法

技术领域                                                                                          

本发明涉及照明控制领域，尤其是一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统与方法。

背景技术

传统的灯光控制系统一般采用串行数据口线或者USB口线作为控制器与PC机之间的数据连接，数据传输速率较低、实时性差。随着网络通信技术的发展，以太网接口在景观照明控制系统中的应用也变得日益广泛。而现今的许多灯光控制系统中，单以太网接口系统在应用中由于系统外设资源有限，使得控制器在项目应用中受项目规模制约较大，控制器连接方式死板，无法根据不同项目需求而灵活变动。且单以太网接口灯光控制器在较大的项目应用中需通过交换机做数据传递的中转，系统资源消耗较大、连接方式复杂。

发明内容

 本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统与方法。

一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统包括系统控制单元、双网口网卡模块、FPGA模块、外设接口转换电路、系统显示模块和系统供电模块。 

其中系统控制单元通过数据线和控制线与双网口网卡模块电路相连接以完成系统控制单元对网卡芯片的初始化、网络数据包发送、网络数据包接收和网络数据包转发的驱动实现，系统控制单元通过数据线和控制线与FPGA模块相连接实现系统控制单元对FPGA模拟的串口接口之间的数据通信，系统控制单元同时负责对网络数据包的实时分析、处理以及完成数据包的封装；其中 MCU外围电路包括晶振电路、复位电路及备用电源电路、工作指示灯电路。晶振电路与系统控制单元的振荡源口线相连接，复位电路连接系统控制单元的复位口线，备用电源电路连接系统控制单元的备用供电口线，工作指示灯电路连接系统控制单元的的GPIO口线， MCU控制指示灯显示系统供电状态和工作状态。MCU外围电路模块为系统控制单元提供使其稳定运行的系统外围电路；双网口网卡模块电路用于与上一级系统或者PC机以及下一级系统之间的数据通信，FPGA模块通过数据线和控制线完成与液晶显示模块间的数据通信，实现对液晶显示模块的实时显示控制，外设接口转换电路与FPGA中模拟的串行口线相连接，系统供电模块分别给系统控制单元和FPGA模块MCU外围电路模块供电。

一种基于以太网接口的可级联景观照明控制方法包括以下步骤：

步骤1：景观照明控制系统通过双口以太网接口分别连接下一级的控制器和PC机或者上级控制器。

步骤2：PC机运行上位机软件通过其以太网端口发送IP数据包。

步骤3：控制器单元接收来自PC机或者上一级控制器的IP数据包，并对所接收的IP数据包进行分析、处理。当所接收的数据包显示为连接测试数据时，控制器单元获取其来自上位机软件的ID编号，返回该ID编号的连接反馈数据包，并同时将连接测试数据转发至下一级的控制器单元。当所接收的数据包显示为控制命令包时，控制器单元截取属于本级ID的控制命令数据，并将其他数据转发至下一级的控制器单元。

步骤4：在控制器单元获取到属于本级ID的控制命令数据后，控制器单元对本级控制命令根据具体项目中的端口数进行端口数据分离，端口数一般为2至16个端口，并将不同端口的控制命令根据DMX512协议进行封装。

步骤5：控制器单元在完成控制命令的数据封装之后，通过各个端口将封装数据按照DMX512协议或者其他控制协议发送出去，以达到对各端口总线上挂着的景观照明灯具的实时控制。

本发明的有益效果：可级联以太网接口在灯光控制系统中的应用统一了PC机与嵌入式灯光控制系统的通信接口，不仅可以提高灯光控制系统的实时性，且系统可级联的特性使其在不同景观照明项目中对灯具数量的选择更具灵活性。

附图说明

图1 控制器系统连接框图；

图2 控制器硬件框图。

具体实施方式

以下结合附图以及实例对本发明进一步进行详细的说明。

如图2所示，其中系统控制单元STM32F103RBT6通过16个数据线D0-D16以及5根控制线与双网口网卡芯片DP9003EP相连接以完成系统控制单元对网卡芯片的初始化、网络数据包发送、网络数据包接收和网络数据包转发的驱动实现。系统控制单元通过8根数据线和4根控制线与FPGA模块相连接实现系统控制单元对FPGA模拟的串口接口之间的数据通信。系统控制单元同时负责对网络数据包的实时分析、处理以及完成数据包的封装；其中 MCU外围电路包括晶振电路、复位电路及备用电源电路、工作指示灯电路。晶振电路与系统控制单元的振荡源口线相连接，复位电路连接系统控制单元的复位口线，备用电源电路连接系统控制单元的备用供电口线，工作指示灯电路连接系统控制单元的的GPIO口线， MCU控制指示灯显示系统供电状态和工作状态。MCU外围电路模块为系统控制单元提供使其稳定运行的系统外围电路；双网口网卡模块电路用于与上一级系统或者PC机以及下一级系统之间的数据通信，FPGA模块通过8根数据线和3根控制线完成与液晶显示模块间的数据通信，实现对液晶显示模块的实时显示控制，8路串口转RS-485总线接口电路与FPGA中模拟的串行口线相连接。系统供电模块分别给系统控制单元和FPGA模块MCU外围电路模块供电。

如图1所示，本系统以PC机上的上位机软件作为整个项目的控制命令发送端，用以实时控制景观照明项目中各灯具的不同变化。PC机通过以太网端口与多个控制器组成一个项目系统，使用PC机上的上位机软件可以测试系统连接状态和发送实时控制信号。具体实施步骤如下：

步骤一：上位机软件通过PC机的以太网接口发送不同的IP数据帧。不同的数据帧按不同的功能分为连接测试帧和控制数据发送帧。其中，连接测试帧包含一个起始广播包、一个ID命名组播包、N个控制器反馈单播包（N表示连接的控制器数量）和一个帧结束组播包。控制数据发送帧包括一个起始广播包、N个控制数据组播包（N表示连接的控制器数量）和一个帧结束组播包。

步骤二：控制器的系统控制单元STM32F103RBT6驱动双网口网卡芯片DP9003EP接收来自上一级（PC机或者上一级的控制器）的IP数据帧，判断并确定该数据帧类型。

步骤三：如图2所示MCU与网卡芯片通过16根数据线和5根控制线实现MCU对双网口网卡芯片的初始化、数据包接收、数据包发送和数据包转发的驱动。故而步骤B2中网卡芯片对数据包的接收以及将数据传输至MCU等工作均由以步骤B3作为底层连接实现。

步骤四：STM32完成对数据帧的判断后，若该帧为连接测试帧，控制器获取该帧中的ID命名组播包中的ID编号，并反馈回一个包含本级ID号的单播包，随后对ID编号进行+1处理，然后将处理后的该帧通过另一个以太网接口转发至下一级的控制器。其中IP数据包的转发由步骤B3中的网卡数据包转发驱动实现。

步骤五：若判断后该帧为控制数据帧，则获取属于本级ID编号的控制数据组播包，并将整个数据命令帧通过以另一个太网接口转发至下一级控制器。

步骤六：控制器通过判断所接收的控制数据组播包的ID编号是否与本级控制器ID编号相符来获取属于自己的控制命令数据。在获得与属于本级的控制命令数据后，MCU将有效数据根据数据头中标明的通道数进行相应通道的数据分离，并将分离后的数据重新封装到一个与DMX512协议相匹配的发送数组中。

步骤七：如图2所示，MCU与FPGA通过8根数据线和4根控制线相连接。4根控制线中的3根以2进制方式标明发送数据所属的端口号，而最后一根用于标明是否数据帧帧头。MUC与FPGA通过此12根口线实现8路串口数据的通信。

步骤八：MCU在完成对每个端口数据的封装后通过步骤B7中的方式实现每个端口数据到FPGA的发送。

步骤九：FPGA通过模拟8路串行总线方式将步骤B8中接收到的数据通过一个FIFO后连接RS-232转RS-485转换电路发送到景观照明灯具上。

 步骤十：RS-485总线电路与景观照明灯具的连接方式，一个RS-485总线上最多悬挂512个地址的灯具，每个特定地址灯具的控制命令数据与其在DMX512中的数据地址相符合，控制命令数据为一个8bit的数据。故而可以通过3个地址数据的组合构成对一个真彩像素点的24bit深度的颜色控制。结合DMX512灯具协议，一路RS-485总线可以悬挂170个真彩像素点的景观照明灯具。

Claims (2)

1.一种基于以太网接口的可级联景观照明控制系统，其特征在于：该系统包括系统控制单元、双网口网卡模块、FPGA模块、外设接口转换电路、系统显示模块和系统供电模块，

其中系统控制单元通过数据线和控制线与双网口网卡模块电路相连接以完成系统控制单元对网卡芯片的初始化、网络数据包发送、网络数据包接收和网络数据包转发的驱动实现，系统控制单元通过数据线和控制线与FPGA模块相连接实现系统控制单元对FPGA模拟的串口接口之间的数据通信，系统控制单元同时负责对网络数据包的实时分析、处理以及完成数据包的封装；其中MCU外围电路包括晶振电路、复位电路及备用电源电路、工作指示灯电路，晶振电路与系统控制单元的振荡源口线相连接，复位电路连接系统控制单元的复位口线，备用电源电路连接系统控制单元的备用供电口线，工作指示灯电路连接系统控制单元的的GPIO口线，MCU控制指示灯显示系统供电状态和工作状态，MCU外围电路模块为系统控制单元提供使其稳定运行的系统外围电路；双网口网卡模块电路用于与上一级系统或者PC机以及下一级系统之间的数据通信，FPGA模块通过数据线和控制线完成与液晶显示模块间的数据通信，实现对液晶显示模块的实时显示控制，外设接口转换电路与FPGA中模拟的串行口线相连接，系统供电模块分别给系统控制单元和FPGA模块MCU外围电路模块供电。

2.一种基于以太网接口的可级联景观照明控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：景观照明控制系统通过双口以太网接口的一端连接下一级的控制器，另一端连接PC机或者上级控制器；

步骤2：PC机运行上位机软件通过其以太网端口发送IP数据包；

步骤3：控制器单元接收来自PC机或者上一级控制器的IP数据包，并对所接收的IP数据包进行分析、处理，当所接收的数据包显示为连接测试数据时，控制器单元获取其来自上位机软件的ID编号，返回该ID编号的连接反馈数据包，并同时将连接测试数据转发至下一级的控制器单元，当所接收的数据包显示为控制命令包时，控制器单元截取属于本级ID的控制命令数据，并将其他数据转发至下一级的控制器单元；

步骤4：在控制器单元获取到属于本级ID的控制命令数据后，控制器单元对本级控制命令根据具体项目中的端口数进行端口数据分离，端口数一般为2至16个端口，并将不同端口的控制命令根据DMX512协议进行封装；

步骤5：控制器单元在完成控制命令的数据封装之后，通过各个端口将封装数据按照DMX512协议或者其他控制协议发送出去，以达到对各端口总线上挂着的景观照明灯具的实时控制。

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