CN201601861U - 一种基于pc和微型转换器的多协议灯光控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，主要包括PC以及灯光控制软件1和微型转换器2。灯光控制软件可运行在任何电脑上，用来设计或实时控制灯光效果，可以增加、修改和删除各种灯具库，添加、编辑和删除场景或效果，运行和暂停场景或效果。微型转换器支持灯光控制软件直接控制和脱离PC独立运行。在直接控制模式下，灯光控制软件利用PC网络直接输出ARTNET控制信号，同时通过微型转换器后实时输出DMX-512控制信号，灯光控制软件最多支持10个DMX-512域，可控5120个DMX通道。灯光场景或效果设计完毕后，可下载到微型转换器，切换微型转换器为独立运行模式，此时微型转换器可脱离PC独立运行，手动按钮控制或定时触发控制输出DMX-512控制信号。

Description

一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于USITT DMX-512协议和ARTNET协议的灯光控制和管理系统，特别是一种支持DMX或和ARTNET协议灯具的数字化灯光控制系统。

背景技术

目前，采用DMX信号或ARTNET信号控制灯光照明设备已成为灯光照明业最常用的标准，尤其在舞台、剧院、舞厅以及广场环境照明上应用越来越广泛。一般来讲，一套DMX-512灯光控制系统如图1所示，包括DMX控制器1，信号线2和被控的复数灯具3。DMX控制器1一般是体积庞大的灯光控制台。复数灯具3一般是数字调光柜(普通调光灯连接到调光柜)、电脑灯、摇头灯、LED灯等等。目前普遍在用的灯光控制台具有一些缺点，如回路数有限、价格昂贵、操作复杂、兼容性差、体积庞大和功耗大等，并且很难实现LED灯的调光和效果控制功能。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对上述现有灯光控制台技术缺陷，提供一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，如图2所示。它包括PC及灯光控制软件1和微型转换器2，同时支持输出DMX-512协议和ARTNET协议控制信号。

本实用新型通过这样的技术方案解决上述技术问题的，即设计一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，它包括灯光控制软件和微型转换器。灯光控制软件使用Visual C++6.0开发，正在申请软件著作权，这里只描述其功能。它可运行在任何电脑上，可用来设计或实时控制灯光效果，可以增加、修改和删除各种灯具库，添加、编辑和删除场景或效果，运行和暂停场景或效果。微型转换器通过有线或者无线网络连接到电脑，具有灯光控制软件直接控制模式和脱离PC独立运行模式。在直接控制模式下，灯光控制软件利用PC网络直接输出ARTNET控制信号，同时通过微型转换器后实时输出DMX-512控制信号，灯光控制软件最多支持10个DMX-512域，最多可控5120个DMX通道。灯光场景或效果设计完毕后，可下载到微型转换器，切换微型转换器为独立运行模式，此时微型转换器可脱离PC独立运行，手动按钮控制或定时触发控制输出DMX-512控制信号。微型转换器具有2个上下场景或效果选择按钮，以及1个场景或效果运行和停止复用按钮。

所述的微型转换器采用微处理器芯片C8051F020，在直接控制模式下完成网络数据包与DMX-512数据包之间的解析和转发功能，在独立运行模式下完成读取预设场景或效果程序并控制输出DMX信号。采用TCP/IP网络协议层全硬件实现芯片W3150A完成IP数据接收和发送功能，W3150A与C8051F0208位数据/15位地址总线相连接。ALTERA FPGA芯片EP1C6全硬件实现3路XLR接口的DMX-512信号，自动接收或发送DMX-512数据包，自动以30ms间隔刷新输出DMX-512信号，不需要微处理器干预，只要写入或者读取EP1C6中对应DMX通道的内存数据即可，EP1C6与C8051F020 8位数据/16位地址总线相连接。微型转换器采用SD2000A芯片实现内置时钟日历，使得脱离PC也能通过时间来触发场景或效果。微型转换器带有48KB闪存，最多可存储多达11000步DMX通道的变化。

本实用新型的优胜之处在于，使用灯光控制软件来设计和控制灯光效果，具有操作简单、灯具库丰富、所见即所得、易于控制LED灯光效果等优点，利用微型转换器既可以直接控制又可以独立运行，具体积小、使用方便、价格便宜、功耗低等优点。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是一般DMX-512灯光控制系统框图。

图2是本实用新型一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统。

图3是多功能微型转换器外部接口示意图。

图4是多功能微型转换器电路框图。

图5是多功能微型转换器的微处理器及外围电路图。

图6是多功能微型转换器的网络模块电路图。

图7是多功能微型转换器的DMX模块电路图。

具体实施方式

图1为目前一般DMX-512灯光控制系统组成框图。包括DMX控制器即灯光控制台1，信号线2和被控的复数灯具3。灯光控制台1一般体积庞大，如980×375×110mm。复数灯具3一般是数字调光柜(普通调光灯连接到调光柜)、电脑灯、摇头灯、LED灯等等。

如图2所示为本实用新型的一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，主要包括PC以及灯光控制软件1和微型转换器2、DMX信号线3以及被控复数灯具4和ARTNET接口的复数灯具6。其中电脑与微型转换器连接线5可以是直连网线，或是本地局域网，也可以是无线网络。灯光控制软件可运行在任何电脑上，用来设计或实时控制灯光效果，可以增加、修改和删除各种灯具库，添加、编辑和删除场景或效果，运行和暂停场景或效果。微型转换器支持灯光控制软件直接控制和脱离PC独立运行。在直接控制模式下，灯光控制软件利用PC网络直接输出ARTNET控制信号，同时通过微型转换器后实时输出DMX-512控制信号，灯光控制软件最多支持10个DMX-512域，最多可控5120个DMX通道。灯光场景或效果设计完毕后，可下载到微型转换器，切换微型转换器为独立运行模式，此时微型转换器可脱离PC独立运行，手动按钮控制或定时触发控制输出DMX-512控制信号。

图3为本实用新型的一种多功能微型转换器外部接口示意图。示意图只表示微型转换器外部接口的位置，不代表实际外壳形状。图中1是+5V外部电源输入接口。图中2是10/100M自适应网线插头，可通过有线网络或者无线网络连接PC，灯光控制软件通过此网络与微型转换器进行通讯，通讯协议是国际标准网络调光ARTNET协议。图中3是外部触发接口，10个针，8个IO输入、1个地和1个电源信号，此IO输入可触发场景或效果地启动，具体那个场景和效果利用外部IO接口来触发，需要在灯光控制软件上指定。图中4是2个DMX输出接口，其中左边这个是DMX输出接口1，另一个是DMX输出接口2。图中5是可配置的DMX接口，默认为DMX输入接口，用作外部输入DMX触发之用，在灯光控制软件可配置其为DMX输出接口，即DMX输出接口3。这样最多总共是3个DMX输出接口，共512×3＝1536个DMX通道。图中6是三个指示灯，从左到右分别是网络指示灯(收到ARTNET数据时闪烁)、电源指示灯、DMX信号指示灯(DMX数据包变化时闪烁)。图中7是三个按钮，从左到右分别是下一个、上一个和运行停止按钮。下一个和上一个按钮分别用来选择运行下一个和上一个场景或效果。运行停止按钮用来运行或停止场景或效果的复用按钮。图中8是灯光控制软件直接控制模式和脱机独立运行模式拨动开关，目前处于独立运行模式，拨动开关到左边变成直接控制模式。

图4为本实用新型的一种多功能微型转换器电路框图，包括电源转换电路、网络通讯电路、DMX信号处理电路、实时时钟电路、中央处理器、外部触发接口电路、拨动开关和按钮电路以及LED指示灯电路。电源转换电路是指外部输入+5伏电源变换成+3.3伏和+1.5伏电路，得到合适的电压作为其它部分电路工作的电源。网络通讯电路一端是RJ45接口连接电脑或者局域网，另一端连接到中央处理器，控制接收和发送网络数据包。DMX信号处理电路一端是3个XLR3接口，另一端连接到中央处理器，控制接收和发送DMX-512数据包。中央处理器作为微型转换器的主控部分，控制除供电电路外的其它部分电路，主要负责解析和转发网络数据包与DMX信号数据包，控制场景或效果的运行，并作为数据的存储和处理载体。实时时钟电路连接到中央处理器，提供精确日历时间功能，中央处理器利用此功能可自动定时运行场景或效果。外部触发接口电路、拨动开关和按钮电路与中央处理器连接，输入高低电平IO信号到中央处理器。中央处理器连接LED指示灯电路，输出高低电平信号到LED指示灯电路控制指示灯亮或灭。

因为本实用新型微型转换器电路内容多且复杂，为了更好地绘制和详细描述电路，这里将整个电路拆画成3张电路图，分别是图5、图6和图7。为了更清楚地分析电路图，芯片之间及3张电路图之间的数据和地址总线、电源、地线以及特殊连线使用网标来连接。

图5为本实用新型的一种多功能微型转换器的微处理器及外围电路图。所述的微型转换器采用微处理器芯片C8051F020，如图中3指示，在直接控制模式下解析和转发网络数据包与DMX-512数据包，在独立运行模式下读取预设程序并控制输出DMX数据包。图中1是+5V转换成+3.3V电路，采用S1117-3.3V芯片。图中2是实时时钟电路，采用芯片SD2405，通过I2C总线SDA和SCL信号连接到微处理器。图中4是拨动开关和按钮电路，分别连接到微处理器的P0.2和P3.0~P3.2接口。图中5是地址和数据分离芯片SN74HC574。图中6是外部触发接口电路，连接到微处理器的P2口。

图6为本实用新型的一种多功能微型转换器的网络模块电路图。所述的微型转换器的网络模块采用TCP/IP网络协议层全硬件实现芯片W3150A，如图中2指示，完成IP数据接收和发送功能，W3150A与C8051F0208位数据/15位地址总线相连接。网络模块的物理层芯片采用RTL8201芯片，如图中1指示，完成10/100自适应网络握手和通讯功能，通过4位MII接口与W3150A芯片。图中3是带有网络隔离功能和指示灯的RJ45插座，连接到RTL8201芯片。

图7为本实用新型的一种多功能微型转换器的DMX模块电路图。所述的微型转换器的DMX模块核心采用ALTERA FPGA芯片EP1C6，如图中2指示，实现接收或者发送DMX-512数据包，自动以30ms间隔刷新输出DMX-512信号，不需要微处理器干预，只要写入或者读取EP1C6中对应DMX通道的内存数据即可，EP1C6与C8051F020 8位数据/16位地址总线相连接。另外，EP1C6芯片实现地址译码和中断控制功能，以及充当8K SRAM给微处理器作运算处理缓冲内存之用功能。20MHz时钟源输入到EP1C6，经过PLL倍频为120MHz供EP1C6内核使用。EPCS1是存储FPGA代码用的配置芯片，通过SPI总线与EP1C6连接。图中1是+5V到+1.5V电压转换电路，供电给EP1C6内核。图中3是DMX物理信号驱动电路，采用75184芯片，一端连接到EP1C6芯片，另一端连接到XLR接口。EP1C6可控制DMX接口工作在输入还是输出模式，如SEL3为低电平时为输入模式，为高电平时为输出模式。

Claims (3)

1.一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，包括灯光控制软件和微型转换器，其特征是：该微型转换器包括电源转换电路、网络通讯电路、DMX信号处理电路、实时时钟电路、中央处理器、外部触发接口电路、拨动开关和按钮电路以及LED指示灯电路；该网络通讯电路一端是RJ45接口连接电脑或者局域网，另一端连接到中央处理器，控制接收和发送网络数据包；该DMX信号处理电路一端是3个XLR3接口，另一端连接到中央处理器，控制接收和发送DMX-512数据包；该中央处理器负责解析和转发网络数据包与DMX信号数据包，控制场景或效果的运行，并作为数据的存储和处理载体；该外部触发接口电路、拨动开关和按钮电路与中央处理器连接，输入高低电平IO信号到中央处理器；中央处理器连接LED指示灯电路，输出高低电平信号到LED指示灯电路控制指示灯亮或灭。

2.根据权利要求1所述的一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，其特征是：实时时钟电路连接到中央处理器，在独立运行模式下触发运行场景或效果。

3.根据权利要求1所述的一种基于PC和微型转换器的多协议灯光控制系统，其特征是：微型转换器具有外部触发数字IO接口，用户可连接通用数字IO推杆或按钮来触发运行场景或效果。

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