CN202533771U

CN202533771U - 基于dmx协议的数码喷头智能控制器

Info

Publication number: CN202533771U
Application number: CN2012202053620U
Authority: CN
Inventors: 毛先柏; 周勇; 吴国良
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

基于DMX协议的数码喷头智能控制器，包括DMX信号接收处理电路、MCU微处理器电路、DMX通道设定电路、步进电机驱动器控制接口、变频器控制接口、灯光输出控制接口，所述DMX信号接收处理电路与MCU微处理器电路相连，DMX通道设定电路与MCU微处理器电路相连，MCU微处理器电路与步进电机驱动器控制接口、变频器控制接口和灯光输出控制接口相连。本实用新型使得数码喷头控制方式简单，精度高，工作效率高，使用寿命长。

Description

基于DMX协议的数码喷头智能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种数码喷头智能控制器，尤其是涉及一种基于DMX协议的数码喷头智能控制器。

背景技术

DMX是 Digital Multiplex的缩写，中文译名为“数字多路复用协议”，由美国剧场技术学会（USITT）定义，目前已得到世界各国生产舞台灯光设备厂商的承认和遵守，成为一种广泛采用的数字灯光控制协议。DMX协议以“帧”为单位，每帧数据最多可驱动512个灯光回路（业内称为512个通道），每个通道的有效DMX数值是在0～255（十进制）或00～FF（十六进制）之间。基于这一特性，通过调节DMX调光数值可实现对灯光回路的线性调光。根据上述原理,舞台灯光设计师可预先设计好各演出场景的灯光控制程序,在演出开始后,只需启动DMX控制器,灯光设备就会按照预先的设计,在无需过多人工操作的情况下,在舞台上演绎出五彩变幻的效果。这种运用DMX协议来实现演出场景灯光控制方法,极大降低了舞台灯光工作人员的劳动强度和操作技能要求。

音乐喷泉表演与舞台表演类似, “水、声、光”是同时使用的。目前，音乐喷泉领域越来越强调“水、声、光”的和谐统一，数码喷头是实现这种统一的主要部件。现有数码喷头大多通过步进电机的控制来实现三维空间任意摇摆，通过控制变频器来实现喷水高度的可调。这种数码喷头的控制系统包括步进电机控制、变频器控制、灯光控制等, 这些部件的传统控制方式各不相同,造成整个数码喷头控制方式比较复杂，很难实现“水、声、光”的和谐统一；尤其是多个数码喷头需要彼此配合形成特殊水型效果时，要使它们协同工作,统一控制非常困难，工作效率较低。

中国专利201010611627.2公开一种数字化灯具控制系统，基于DMX信号，通过直流电机加上位置反馈信号来控制灯具位置。其控制对象是灯具，非3D数码喷头；且数字化灯具控制系统所采用的微处理器是基于ARM-Cortex M3内核，制造成本较高。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种控制方式简单，工作效率高的基于DMX协议的数码喷头智能控制器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DMX协议的数码喷头智能控制器，包括DMX信号接收处理电路、MCU微处理器电路、DMX通道设定电路、步进电机驱动器控制接口、变频器控制接口、灯光输出控制接口，其特征在于，所述DMX信号接收处理电路与MCU微处理器电路相连，DMX通道设定电路与MCU微处理器电路相连，MCU微处理器电路与步进电机驱动器控制接口、变频器控制接口和灯光输出控制接口相连。

进一步，优选实施方式是，所述MCU微处理器电路是基于51内核的单片机，单片机自带有UART接口, 所述DMX信号接收处理电路包括依次连接的卡侬头接口、防雷保护电路、RS485芯片、高速光耦，DMX信号接收处理电路通过高速光耦与MCU微处理器电路的UART接口连接。

进一步，优选实施方式是，所述DMX通道设定电路采用拨码开关直接与MCU微处理器电路上的通用IO口相连。

进一步，优选实施方式是，还包括光电隔离电路，光电隔离电路位于MCU微处理器电路与步进电机驱动器控制接口之间，光电隔离电路一端与MCU微处理器电路的IO口相连，光电隔离电路另一端与步进电机驱动器控制接口相连。

进一步，优选实施方式是，还包括PWM信号产生电路，PWM信号产生电路位于MCU微处理器电路与灯光输出控制接口之间，PWM信号产生电路一端与MCU微处理器电路的IO口连接，PWM信号产生电路另一端与灯光输出控制接口相连。

进一步，优选实施方式是，还包括数模转换（DA）电路和电压电流转换（V/I转换）电路，数模转换（DA）电路和电压电流转换（V/I转换）电路位于MCU微处理器电路与变频器控制接口之间，数模转换电路一端与MCU微处理器电路的IO口连接，数模转换电路另一端与电压电流转换电路一端连接，电压电流转换电路另一端与变频器控制接口相连。

本实用新型之基于DMX协议的数码喷头智能控制器，将DMX协议引入音乐喷泉数码喷头的控制，通过DMX信号接收处理电路接收DMX信号，解码后产生步进电机控制信号、变频器控制信号、灯光控制信号，驱动相应的执行机构，即通过DMX信号控制数码喷头中的各执行机构(包括步进电机、变频器、灯光输出电路), 不同执行机构使用DMX协议下的不同通道,通过统一的协议可大大降低音乐喷泉设计组态和控制难度，从而实现数码喷头的喷嘴摇摆位置、喷水高度、灯光效果，使得数码喷头的水型、灯光能够在同一DMX协议信号的控制下协同工作，使得“水、声、光”能达到和谐统一。

本实用新型结构简单、紧凑，使得数码喷头的控制方式简单，精度高，工作效率高，使用寿命长。

附图说明

图1 为本实用新型一实施例电路原理框图；

图2 为图1所示实施例增设数模转换电路、电压电流转换、PWM信号产生电路和光电隔离电路后的电路原理框图；

图3 是图1所示实施例DMX信号接收处理电路框图；

图4 是现有数码喷头传统控制方式示意图；

图5 是图1所示实施例DMX信号的运用原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，本实施例包括DMX信号接收处理电路1、MCU微处理器电路2、DMX通道设定电路3、步进电机驱动器控制接口4、变频器控制接口5、灯光输出控制接口6，所述DMX信号接收处理电路1与MCU微处理器电路2相连，DMX通道设定电路3与MCU微处理器电路2相连，MCU微处理器电路2与步进电机驱动器控制接口4、变频器控制接口5和灯光输出控制接口6相连。

所述DMX通道设定电路3采用拨码开关直接与MCU微处理器电路2上的通用IO口相连，通过拨码开关的组合状态来确定该控制器的DMX通道地址。

参照图2，基于DMX协议的数码喷头智能控制器还包括光电隔离电路7，光电隔离电路7位于MCU微处理器电路2与步进电机驱动器控制接口4之间，光电隔离电路7一端与MCU微处理器电路2的IO口相连，光电隔离电路7另一端与步进电机驱动器控制接口4相连。基于DMX协议的数码喷头智能控制器还包括PWM信号产生电路8，PWM信号产生电路8位于MCU微处理器电路2与灯光输出控制接口5之间，PWM信号产生电路8一端与MCU微处理器电路2的IO口连接，PWM信号产生电路8另一端与灯光输出控制接口5相连。基于DMX协议的数码喷头智能控制器还包括数模转换（DA）电路9和电压电流转换（V/I转换）电路10，数模转换（DA）电路9和电压电流转换（V/I转换）电路10位于MCU微处理器电路2与变频器控制接口6之间，数模转换电路9一端与MCU微处理器电路2的IO口连接，数模转换电路9另一端与电压电流转换电路10一端连接，电压电流转换电路10另一端与变频器控制接口6相连。

参照图3，所述DMX信号接收处理电路1包括依次连接的卡侬头接口1-1、防雷保护电路1-2、RS485芯片1-3、高速光耦1-4，所述MCU微处理器电路2是基于51内核的单片机，成本相对较低。该单片机自带有UART接口,DMX信号接收处理电路1通过高速光耦1-4与MCU微处理器电路2的UART接口连接。

参照图4，现有数码喷头传统控制方式是采用各自不同的信号来控制对应的执行部件，对上位机组态设计员要求较高，控制系统比较复杂。

本实用新型通过DMX 信号接收处理电路1接收DMX信号，解码后产生步进电机控制信号、变频器控制信号、灯光控制信号，驱动数码喷头内相应的执行机构(包括步进电机、变频器、灯光输出电路)，从而控制数码喷头的摇摆位置、喷水高度、灯光效果，使得数码喷头的水型、灯光在DMX 信号的控制下协同工作，使得“水、声、光”能达到和谐统一。基于DMX协议，数码喷头的各执行机构分别使用DMX协议下的不同通道,通过改变DMX有效数值而产生不同的执行结果，使用统一的协议有利于降低音乐喷泉设计组态和控制难度。只需了解DMX协议与各执行部件的执行效果之间的关系即可，相比传统控制而言，控制系统和控制方式都得到了简化。

定义某个 DMX 通道的数据为灯光控制信号、步进电机控制信号、变频器控制信号。由于 DMX信号以“帧”为单位，每帧数据包含有512个DMX通道的数值，即DMX 协议提供有 512个可供定义的控制信号类型，并且每帧数据中均包含有这 512个信号类型的 DMX 信号数值，从而可以同时驱动这 512个所定义的受控通道。将所有各种DMX信号通过预先编辑，则可以实现对数码喷头的自动控制，展现出美妙的音乐喷泉效果。

参照图5，本实用新型之基于DMX协议的数码喷头智能控制器的DMX信号的运用原理如下：

（A）定义DMX通道 n（n是基于DMX通道设定地址再自定义得到）的DMX数值为步进电机的正反转信号，并对其作进一步的定义，当 DMX 的数值在 O～127 之间时，步进电机正转，在128～255之间时步进电机反转；

（B）定义DMX通道n+1的DMX数值为步进电机的转动角度控制信号，并进一步定义，DMX 的数值与步进电机驱动脉冲的个数成线性关系，从而与带动的喷嘴转动角度成线性关系。

通过（A）、（B），可实现基于DMX信号控制的数码喷头的喷嘴摇摆位置。如音乐喷泉组态设计人员可通过在通道1输出DMX数值为200，通道2输出DMX数值为128，受这两个通道控制的步进电机带动数码喷头的喷嘴在XY平面上旋转一个角度；与之类似，若通道3输出DMX数值为120，通道4输出DMX数值为100，受这两个通道控制的步进电机带动喷嘴在YZ平面上旋转一个角度。因此，通过四个通道的DMX数据组合，可实现喷嘴能停在能在三维空间的任意位置。

（C）定义DMX通道x的DMX数值为变频器的控制信号，并进一步定义，DMX的数值与变频器的电流控制信号成线性关系，也就是与变频器的运行频率成线性关系。当DMX数值为0时，数码喷头智能控制器输出的变频器控制电流为4mA；当DMX数值为255时，数码喷头智能控制器输出的变频器控制电流为20mA。通过控制电流的变化，引起变频器的运行频率变化，从而控制数码喷头的喷嘴喷水的高度。

本实用新型通过引入基于DMX信号的变频器控制实现喷水高度的可控。

在一个大型的音乐喷泉系统中，存在台本实用新型之基于DMX协议的数码喷头智能控制器同时使用时，这种采用 DMX 信号来统一集中控制的方法，将极大降低控制的复杂度，增强“水、声、光”的和谐统一性。

上述所描述的实施方式，并不代表本实用新型所有的实现方式；以上实施方式也不是对本实用新型内容的具体限定，所有与本实用新型技术方案相类似的构造，都属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.基于DMX协议的数码喷头智能控制器，包括DMX信号接收处理电路、MCU微处理器电路、DMX通道设定电路、步进电机驱动器控制接口、变频器控制接口、灯光输出控制接口，其特征在于，所述DMX信号接收处理电路与MCU微处理器电路相连，DMX通道设定电路与MCU微处理器电路相连，MCU微处理器电路与步进电机驱动器控制接口、变频器控制接口和灯光输出控制接口相连。

2.根据权利要求1所述的基于DMX协议的数码喷头智能控制器，其特征在于，所述MCU微处理器电路是基于51内核的单片机，单片机自带有UART接口, 所述DMX信号接收处理电路包括依次连接的卡侬头接口、防雷保护电路、RS485芯片、高速光耦，DMX信号接收处理电路通过高速光耦与MCU微处理器电路的UART接口连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于DMX协议的数码喷头智能控制器，其特征在于，所述DMX通道设定电路采用拨码开关直接与MCU微处理器电路上的通用IO口相连。

4.根据权利要求1或2所述的基于DMX协议的数码喷头智能控制器，其特征在于，还包括光电隔离电路，光电隔离电路位于MCU微处理器电路与步进电机驱动器控制接口之间，光电隔离电路一端与MCU微处理器电路的IO口相连，光电隔离电路另一端与步进电机驱动器控制接口相连。

5.根据权利要求1或2所述的基于DMX协议的数码喷头智能控制器，其特征在于，还包括PWM信号产生电路，PWM信号产生电路位于MCU微处理器电路与灯光输出控制接口之间，PWM信号产生电路一端与MCU微处理器电路的IO口连接，PWM信号产生电路另一端与灯光输出控制接口相连。

6.根据权利要求1或2所述的基于DMX协议的数码喷头智能控制器，其特征在于，还包括数模转换电路和电压电流转换电路，数模转换电路和电压电流转换电路位于MCU微处理器电路与变频器控制接口之间，数模转换电路一端与MCU微处理器电路的IO口连接，数模转换电路另一端与电压电流转换电路一端连接，电压电流转换电路另一端与变频器控制接口相连。