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1、1 引言1.1灯光控制技术的发展2 灯光控制系统中的技术标准2.1 RS-485 接 口标准2.2通信系统及接口电路的设计2.3信号的传输与设备的连接3 灯光控制系统的分析与设计3.1系统设计思想.3.2系统框图及功能3.3只控制设备.3.4系统设计原理图4下位机与灯具检测模块软硬件设计.4.1系统组成及原理，4.2硬件设计4.3灯位检测单元设计（过电流保护）4.4浅谈各类过电流保护5 主控板与从控板上的硬件设计.5.1单片机的选择5.2 AT89C52的功能特性5.3主控板电路原理图5.4从控板电路原理图5.5 复位电路6 实验方法6.1实验方法6.2实验条件7 总结参考文献 摘要：本文以灯
2、光控制系统的设计为背景，详细介绍了灯光控制系统中的通 信协议，硬件设备等的相关知识，整个系统包括了 DMX512协议、RS232-通 信、主控板与从控板的通信、步进电机等部分组成。1 引言1.1灯光控制技术的发展灯光控制技术的发展历程，大体可分为三个间断：原始控制间断，模 拟控制技术间断，数字化技术控制间断。另外，随着网络化技术的不断成熟， 灯光控制技术还将会迎来一场新的革命。在最初的原始控制技术时期，舞台 灯光控制相当的麻烦。演出过程中，在舞台四周布满大大小小的各式各样的 手动控制开关，每一盏灯需要一个开关，并且还要敷设大量的灯线，其工作 量是可想而知的。受控的灯具也只有亮灭两种状态，根本不
3、了能调光，提供 的纯粹是单纯的照明。我们可以想象，那时的灯光工作者只是忙于灯具的开 和关，很难顾及到舞台的艺术效果。后来，随着技术的进步，将一些大功率的电位计，应用到灯光控制技术 中，能够走到简单的调光，但与舞台艺术效果的需求还相差很远，要想完成 大范围的艺术照明几乎是不可能的。在后来，自动化技术、电子技术和半导 体技术的应用，把可控硅技术应用到调光器中，产生了硅箱，这标志着模拟 调光技术时期的到来。这种技术是通过模拟调光台（实际上是一个个电位器 推子）输出的0-10V的模拟信号，控制可控硅的导通角来完成灯具调光功能 的，它能够做到每一个灯具具有不同的亮度输出。时至今日，这种模拟调光 方式还在
4、一些小型演出活动中使用。可以说，模拟调光技术的应用为今天技 术的飞速反战奠定了基础，也为当今电视舞台上丰富多彩的灯光艺术创作提 供了可能。2灯光控制系统中的技术标准2.1 RS-485 接口标准RS-485用平衡差动的方式传输数据，抗干扰性强、速率高、传输距离 远、能够实现多点传输，它允许同时连接32个驱动器和32个接收器，方便 地组成一个小型的网络，在测控领域，应用很广泛。RS-485是一个电器接 口规范，它规定了平衡驱动器和接收器的电器特性，而没有规定接插件传输 电缆和通信协议RS-485支持半双工或全双工模式网络拓补，一般采用中断匹配的总线型结构，不支 持环形或星形网络。最好采用一条总线
5、将各个节点串接起来，从总线到每个 节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响 最低。RS-485最小型信号由两条信号电路线组成，每条连接电路必须要有接 地参考点，电缆能支持32个发送/接受器对。为了避免地电流，每个设备一 定要接地。电缆应包括连全每个设备电缆地的第3信号参考线。RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检 测信号系统，只需检测两线之间的点位差就可以了。但应该注意的是收发器 只有在工模电压不超出一定范围（-7-12V）的条件下才能正常工作。当工模 电压超出此范围时，就会影响通信的可靠性甚至损坏接口。RS-485电器特 性如表2-1所示
6、。表2-1 RSE85电气特性项目条件最小值最大值驱动器开路输出电压逻辑1L5V6V逻辑0-1.5V-6V驱动器带载输出电压RL=100Q,逻辑 1L5V5VRL=100。，逻辑 0-1.5V-5V驱动器输出短路电流每个输出对公共端土 250mA驱动器输出上升时间RL=54。， C=50pF总周期的30%驱动器共模电压RL=54D3V接收器灵敏度-7VVcm 12V 200mV接收器共模电压范围-7V+12V接收器输入电压12kQ在总线负载及阻抗匹配符合技术要求的前提下，RS-485标准所能达到 的理论最高传输速率为10Mbit/s，但是，在该速率下的有效传输距离只有 10米。，RS-485总
7、线的有效传输距离与数据传输速率相关。可以用下面经验 公式表示。108bit/s . m有效传输距离（m）=数据传输速率（bit/s）2.2 通信系统及接口电路设计2.2.1通信系统设计本系统采用的是一主从多的总线型连接方式，如图2-1所示。在总线 的末端，加入了两个120欧姆的电阻，以实现通信线路的阻抗匹配，从而消 除反射、吸收噪声。信号在传输线上传输使，若总线阻抗不连续，就会出现 反射现象，影响信号的有效传输。双绞线的特性阻抗在110欧姆-130欧姆之 间，因此，选用120欧姆的电阻作为匹配电阻。2.2.2 接口电路的设计11 2-1基于RS-485的多机通信系统接口电路的主要任务是利用RS
8、-485收发器实现电器特性转换。RS-485 的收发器种类很多，常用的有DS96176、MAX481、MAX483和MAX485。本设计采用MAX483作为收发器，接口电路如图2-2所示。MAX483采用 5V电压供电，电源电流为120150微A，在待机方式下的电流仅为0.1微A。 最高数据传输速率为250kbit/s。MAX483采用半双工异步通信方式，用接受器能使信号和放松器能使信号DE来控制通信状态的转换。RE为低，接收器工作，处于接受状态；RE 为高，发送器工作，处于发送状态。本设计十用单片机P1.0引脚同时控制RE和DE，当 P1.0置高，发送信息，P1.0置低，接受信息。上位机和下
9、位机电路相同，在总线连接时，上位机的输出对应所有下位 机的输入，下位机的输出对应上位机的输入。图2-2 单片机RS4S5接II电路3灯光控制系统的分析设计3.1 系统设计思想为了实现对于灯光系统的远程控制，为了对远程的灯光进行灯光进行实时的管理， 对于现场的灯光需要进行实时调度，需要设计一个上位机的控制软件，一个下位机的 简单主控设备，还有多个下位机的控制终端，它们之间可以相互通信，远程的灯光系 统既可以在上位机设计好的程序控制下自己正常运行，也可以再尚未机认为的控制下 进行一些实时的调整。上位机与下位机的简单主控设备之间通过RS-232总线进行通信，简 单主控设备与控制终端之间有多种通信方式
10、可供选择，本文主要讨论两种， 一种是以485总线直接进行通信，另一种是先通过一个光端机然后再通过 光纤进行通信。下面将详细介绍系统功能及终端任务等。3.2系统框图及功能由以上设计思想分析可得灯光控制系统由三部分组成，如图4-1方案 1和4-2方案2系统组成框图所示(1) 计算机(软件控制)负责进行总体的宏观协调控制下位机终端。(2) 简单主控制设备：负责与上位软件进行通信，还负责控制下位机的控 制终端。3)控制终端：负责对被控设备进行控制，还有接受简单主控制设备发来的 控制信号进行实时的控制调整。图4-1控制距离在1000M内，系统组成框圈图3-1控制距离在1000M内，系统组成框图图4-2
11、控制距离超过1000M,系统组成框图3-2控制距离超过1000M，系统组成狂3.3主控制设备如图4-3所示为主控制设备的模块框图。.控制模块显示模块键盘模块RS23 2模块通信方式转换模块通信电平传换模块RS485模块It-| 4-3K控制设备根垸椎段图4-3主控制设备模块框图主控制设备等于上位机软件加简单主控制设备，主控制设备集成了计算机上 的控制软件和简单主控制设备的所有功能，可以不要计算机，直接控制终端。3.4系统设计原理图本系统设计的整个电路原理图如图4-4所示。整个电路又分为复位电 路、主控板、从控板、步进电机、通信模块这几个部分。图4-4系统设计原即图4下位机与灯具检测模块软硬件设
12、计4.1系统组成及原理由不同的回路对不同种类作不同功能使用的灯进行控制。灯光的控制主要由观察台 和灯光站完成。从控制对象上来说，每一个回路分别由供电系统、恒流调光器、升压 变压器、隔离变压器、灯具及电缆组成。不同回路的舞台灯，通过设在灯光站控制该 回路的一个调光器来控制它们的开关灯和调光等级。调光系统主要由调光器、单相变压器、隔离变压器和灯具几个部分组成。所有控制系统的组成均可分成为三大部分:一是测量检测部分;二是控制器;三是执 行部分。调光系统作为一个调整光强系统，也是由以上三部分组成。调光系统的检测 功能是由串联在灯光回路中的电流互感器来完成的。控制器核心是一个单片微型计算 机。现在广泛应
13、用的调光器是通过可控硅来实现电源电压的转换。调光器通过调可 控硅触发角大小，改变调光器的输出电压，进而改变串联回路电流，从而达到控制串 联灯光回路中电流的目的。灯泡连接在隔离变压器的次级，使用隔离变压器是为了当 线路中的某一灯具出现故障时，不影响其它灯具的正常工作。灯泡发光强度与回路中 电流IH成正比。改变回路中电流Ih的大小就能调节灯泡的亮度。反之，当回路电流 IH恒定时，灯泡亮度也将保持恒定。灯光回路电流IH与升压变压器初级端电压Va成 正比例变化。调光器原理图如图4.1所示。SLI调光最.原理图调光器调整灯光光强的原理可以从图中定性地分析。在微机中预先设定好给定的 灯光光强对应的电信号，
14、代表灯光光强等级的电信息经过脉冲调整电路去控制可控硅 的导通角，由于可控硅导通角的变化，使变压器输出电压的大小也随之变化，这里， 可控硅起到了电信号功率放大作用。代表光强的电信号越大，变压器输出端输出的电 压也越大，通过灯光回路的电流也就越大，灯泡就越亮，光强等级就高。当预先给定 的灯光光强信号一定时，灯泡亮度就保持一定。微机中预先设定几个光强等级，灯光 回路就能显示几个等级的光强。当受外界干扰（例如电网电压的变化、温度漂移等）时，灯光回路电流在设定的信号 不变时也会因干扰发生变化，使灯泡偏离给定的光强，这时，可以通过电流负反馈把 灯光回路中电流的变化测量出来，分别送入微机系统中与预先设定好的
15、灯光光强对应 的电流信号进行比较，这时将会产生偏差信号，此偏差信号经过可控硅触发功率放大 器后，促使灯光回路中电流恢复原来的状态，从而使偏差逐渐减小直至为零。也就是 说，反馈信号与预先设定的信号又相等了，输出的回路电流与要求的电流一致，从而 灯泡发光的光强稳定在要求的光强等级上。由以上分析可见，调光系统在规定的范围内，能任意调整灯泡的光强，也就是在 给定的灯光强度等级下，系统具有恒流特性能保持灯泡发光的光强恒定。图2.2显示 了系统中在某一灯光强度等级下的理想电压和电流的波形图。4.2 硬件设计本系统需要完成的主要功能包括：1. 完成各灯位中灯泡正常、开路、短路、发暗的检测。2. 提供故障警示信息，显示各
