戶(hù)外景觀(guān)LED控制系統的4個(gè)技術(shù)限制及解決方案

一份出色的LED控制系統方案，應在實(shí)現LED控制系統的項目要求的基礎上，控制系統方案應更多的為控制系統的靈活調整、數據備份及拓展延伸等方面做出考慮。

在LED控制系統方案設計方面，我們要考慮2個(gè)大方向的問(wèn)題：

1、技術(shù)局限：LED控制系統各個(gè)部分的性能參數及限制因素;

2、解決方案，針對項目功能要求進(jìn)行相應的方案設計。

技術(shù)局限

一、通訊傳輸局限性

通訊傳輸主要體現在如下幾個(gè)方面：

(1)控制器之間的數據傳輸

目前市面大部分控制器之間數據傳輸采用標準網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，線(xiàn)材選用一般不低于超五類(lèi)雙絞線(xiàn)。按照標準網(wǎng)絡(luò )協(xié)議標準，單根網(wǎng)線(xiàn)的線(xiàn)距不超過(guò)100米。

然而在現場(chǎng)應用中常常遭遇控制器之間超出100米線(xiàn)距的情況，如遇到該情況，一般采用光纖傳輸的解決方案。目前光纖技術(shù)已經(jīng)十分成熟，且綜合造價(jià)費用甚至比網(wǎng)線(xiàn)還要低一些。在景觀(guān)亮化項目上多采用單模光纖傳輸，線(xiàn)距可達15Km。

一般在小型控制系統上，每臺控制器上皆插有SD存儲卡，故不會(huì )采用網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)數據上的傳輸，而是通過(guò)RS232/485之類(lèi)協(xié)議進(jìn)行同步幀的傳輸。線(xiàn)距一般在150米左右。當然也會(huì )有一些控制器針對該部分進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，如MR-502控制系統的同步線(xiàn)可達1.2Km。

(2)GPS同步的信號探頭的線(xiàn)距

目前GPS同步應用在戶(hù)外景觀(guān)領(lǐng)域已經(jīng)十分普及，一般情況GPS探頭采用PS/2接口與控制器相接，線(xiàn)距一般在2米左右，探頭通過(guò)吸鐵貼合于金屬防雨箱頂部。

然而在現場(chǎng)存在一些特殊情況，導致該線(xiàn)距達不到實(shí)際要求及該地區GPS信號強度較弱，故按照以往的應用都是通過(guò)增加延長(cháng)線(xiàn)并嘗試不同的探頭置放位置來(lái)解決，在現場(chǎng)應用中十分繁瑣復雜。

但是小小的困難是難以阻擋技術(shù)發(fā)展的碾壓，目前就已經(jīng)出現了GPS無(wú)線(xiàn)信號放大轉發(fā)器，如MR-G2AFS無(wú)線(xiàn)GPS放大轉發(fā)器，通過(guò)GPS增強信號接收器來(lái)接收GPS同步信號，標配30米數據線(xiàn)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊轉發(fā)于GPS同步主控器端，以達到GPS同步信號的強度與精度。

(3)控制系統通訊數據的無(wú)線(xiàn)傳輸

在工程實(shí)施過(guò)程中，會(huì )遇到現場(chǎng)不存在通訊數據線(xiàn)材鋪設的條件，如樓宇之間無(wú)法鋪設光纖與網(wǎng)線(xiàn)，再如特殊景觀(guān)建筑物(如摩天輪)等情況，是無(wú)法采用有線(xiàn)方式進(jìn)行數據傳輸。

那么無(wú)線(xiàn)方式傳輸大量數據就成為技術(shù)屏障，目前可采用電信級大功率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋來(lái)解決該問(wèn)題，如科訊Commsen無(wú)線(xiàn)設備，一般通過(guò)大功率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋可實(shí)現3-10Km的無(wú)線(xiàn)傳輸。當然無(wú)線(xiàn)傳輸距離越大，其無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋功率要求越大，同時(shí)相對于傳輸數據量亦會(huì )相應減少一部分。

二、驅動(dòng)信號傳輸局限性

在控制系統應用中，常會(huì )遇到客戶(hù)咨詢(xún)，控制器到燈具的驅動(dòng)信號傳輸距離有多少這一類(lèi)的問(wèn)題，答案是具體情況，具體分析，具體解決。情況有二：

(1)SPI串行驅動(dòng)方式

在SPI串行驅動(dòng)方式中，驅動(dòng)芯片采用TTL電平信號傳輸數據。一般控制器至首燈之間的距離在

40-60米之間。如超過(guò)此距離，一般可加設差分板，將TTL電平信號轉化為差分信號進(jìn)行傳輸，至首燈前在轉換為T(mén)TL電平信號來(lái)控制燈具，一般距離可達150米。

(2)DMX512雙線(xiàn)并行驅動(dòng)方式(標準協(xié)議)

在DMX512雙線(xiàn)并行驅動(dòng)方式上，驅動(dòng)芯片采用DMX512差分信號進(jìn)行傳輸，一般控制器至首燈之間的距離可達100米。如超過(guò)此距離，一般可加設DMX512中繼器，安裝于首燈前可將DMX512重新驅動(dòng)，一般距離達到150-200米。

三、不同系統聯(lián)控的局限性

目前在項目需求上出現越來(lái)越多不同系統聯(lián)控的要求，主要集中于兩方面：不同廠(chǎng)家的戶(hù)外景觀(guān)LED控制系統聯(lián)控，以及不同類(lèi)型的控制系統聯(lián)控的要求。

在一般意義來(lái)上講，不同廠(chǎng)家的戶(hù)外景觀(guān)LED控制系統是不可能聯(lián)控的。因為針對每一個(gè)廠(chǎng)家的控制系統其內部的通訊協(xié)議皆為首要核心技術(shù)，一般情況是難以開(kāi)放彼此核心協(xié)議。那么只能夠在相對技術(shù)保護的情況下，開(kāi)放出一些類(lèi)型協(xié)議提供給上一級聯(lián)控端。

而不同類(lèi)型的控制系統聯(lián)控，如音樂(lè )噴泉與LED控制系統聯(lián)控，LED大屏幕與LED控制系統聯(lián)控，舞臺燈光系統與LED控制系統聯(lián)控等多種聯(lián)控模式

技術(shù)解決方法如下：

(1)采用DVI輸出方式

針對每一家控制系統采用DVI屏幕截取的輸出方式，如MR-MC01 DVI主控器，那么在上一級聯(lián)控即可不安裝其自身的上位機軟件，僅需要在聯(lián)控端計算機上預留屏幕截取的位置播放所需視頻即可。

該解決方式可解決不同廠(chǎng)家的戶(hù)外景觀(guān)LED控制系統聯(lián)控的問(wèn)題，以及LED大屏幕與LED控制系統聯(lián)控的問(wèn)題。

(2)采用UDP、RS232、DMX512等協(xié)議指令，由控制系統廠(chǎng)家提供給上一級聯(lián)控端，聯(lián)控端按照要求的協(xié)議指令，即可用第三方聯(lián)控端設備對LED控制系統進(jìn)行控制，如場(chǎng)景切換、亮度調整、播放速度等技術(shù)參數。

四、成像點(diǎn)密度的局限性

成像點(diǎn)密度通俗來(lái)講即為像素點(diǎn)分辨率，是單位面積內像素點(diǎn)的數量，是LED燈具顯示效果的重要參數。兩點(diǎn)成線(xiàn)，三點(diǎn)成面，一般來(lái)講完整顯示一個(gè)漢字，至少16個(gè)像素點(diǎn)的高度(不可低于12像素點(diǎn))。

目前項目上很多LED洗墻燈與線(xiàn)性燈，1米燈管一般即為1-2像素點(diǎn)，點(diǎn)密度比較低，那么這樣大功率的燈具適用于重視光效的泛光照明，不能夠用來(lái)顯示動(dòng)畫(huà)視頻。

該部分內容實(shí)為L(cháng)ED景觀(guān)亮化的常識性知識點(diǎn)，但是在很多項目上常常遇到犯此錯誤的從業(yè)技術(shù)人員，不可不察也。

解決方案

面對層出不窮的項目要求，技術(shù)解決方案也在日新月異的變化之中，今天我們來(lái)講一下特殊的技術(shù)方案。

一、移動(dòng)端上位機

在常規控制上，一般上位機都是采用計算機來(lái)進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟、應用普及。其缺點(diǎn)在于計算機體積較大，不利于移動(dòng)，人機交互體驗平庸無(wú)奇。

如在展廳、展館等應用領(lǐng)域上，采用計算機來(lái)進(jìn)行控制，展示力度不夠，那么移動(dòng)端上位機技術(shù)即應運而生。

MR-Android控制系統基于A(yíng)ndroid移動(dòng)終端設備為控制系統上位機，通過(guò)標準網(wǎng)絡(luò )TCP/IP與UDP協(xié)議，連接MR-208系列控制器，實(shí)現對LED燈具的有效控制。

MR-Android控制系統的架構組成，如下：

1、AnyTouch軟件，基于安裝Android系統的移動(dòng)終端設備，如手機、平板電腦等;

2、無(wú)線(xiàn)路由器，支持Wi-Fi通訊的無(wú)線(xiàn)路由器，具備Rj-45的LAN端口;

3、MR-208系列控制器，型號細分為MR-208A/D/DW等，支持SPI串行驅動(dòng)芯片、DMX512驅動(dòng)芯片及具備自動(dòng)編址的DMX512驅動(dòng)芯片;

4、軟件終端可導入工程布線(xiàn)圖，支持對控制器編號，端口及點(diǎn)位的設置;

5、AnyTouch軟件可導入動(dòng)畫(huà)素材，如AVI、MP4等多種視頻格式;

6、AnyTouch軟件支持調色盤(pán)、觸摸筆劃等多種Touch方式，實(shí)時(shí)對LED燈具的實(shí)時(shí)控制。

二、RS232第三方設備對LED控制系統進(jìn)行控制

在LED戶(hù)外景觀(guān)亮化工程中，采用具備RS232接口的第三方集控設備，對LED控制系統與其他類(lèi)型控制系統進(jìn)行聯(lián)控。

故LED控制系統為實(shí)現此功能，需在第三方控制設備與LED控制系統之間加設RS232-TCP轉換器，將其協(xié)議進(jìn)行轉換。

MR-R2TCP轉換器將RS232協(xié)議指令轉換為T(mén)CP/IP協(xié)議指令，支持動(dòng)畫(huà)片段選擇，動(dòng)畫(huà)播放速度、燈具整體亮度調整以及燈具白平衡調整。

三、DMX512燈控臺對LED控制系統進(jìn)行控制

目前舞臺燈光項目，以及部分LED戶(hù)外景觀(guān)項目中，可見(jiàn)采用DMX512控制臺來(lái)對LED燈具進(jìn)行聯(lián)控等，如采用DMX512燈控臺對舞臺燈光系統進(jìn)行控制的同時(shí)，再控制大量的LED景觀(guān)照明的燈具。

因需要大量的DMX512通道，DMX512控臺通道滿(mǎn)足不了要求，只能選用LED控制系統進(jìn)行直接控制，再由DMX512燈控臺來(lái)控制LED控制系統。故DMX512控制臺與LED控制系統之間需加設一臺MR-D2TCP轉換器。

MR-D2TCP轉換器將DMX512協(xié)議指令轉換為T(mén)CP/IP協(xié)議指令，支持動(dòng)畫(huà)片段選擇，動(dòng)畫(huà)播放速度、燈具整體亮度調整以及燈具白平衡調整。

其方案拓撲如下：

四、雙機熱備應用

雙機熱備指基于A(yíng)ctive-Active方式的上位機端的運行備份。上位機的故障可能由各種原因引起，如設備故障、操作系統故障、軟件系統故障等等。

從實(shí)際經(jīng)驗上看，除非是簡(jiǎn)單地重啟上位機(可能隱患仍然存在)，否則往往需要幾個(gè)小時(shí)以上。而如果技術(shù)人員不在現場(chǎng)，則恢復運行的時(shí)間就更長(cháng)了。

而對于一些重大項目而言，用戶(hù)是很難忍受這樣長(cháng)時(shí)間的運行中斷的。因此，就需要通過(guò)雙機熱備，來(lái)避免長(cháng)時(shí)間的控制系統運行中斷，保證系統長(cháng)期、可靠的服務(wù)。

在戶(hù)外景觀(guān)控制系統中，上位機(或脫機主控)作為控制系統的數據存儲及發(fā)送端，工作狀態(tài)的要求十分嚴格，而常規控制系統中上位機常常僅選用單臺。當上位機出現故障的時(shí)候，控制系統即會(huì )出現整體癱瘓的情況。

而”雙機熱備“功能在戶(hù)外景觀(guān)控制系統的應用十分罕見(jiàn)(尤其在國內控制系統中)，且造價(jià)十分昂貴，即便采用了雙機結構，僅僅達到備用機的作用，遠遠達不到雙機熱備的功能要求。

MR-雙機熱備控制系統，可應用于聯(lián)機控制系統與脫機控制系統，其控制系統架構如下：

聯(lián)機系統雙機熱備架構圖

脫機系統雙機熱備架構圖

五、環(huán)境光控系統的應用

LED照明的優(yōu)勢即為節能環(huán)保照明，而在環(huán)境光控領(lǐng)域就突出體現了LED控制系統不僅僅是作為編播效果控制，同時(shí)也具備了節能環(huán)保的突出特點(diǎn)。

環(huán)境光控通過(guò)采集環(huán)境光照的強度，通過(guò)環(huán)境光控制器來(lái)實(shí)時(shí)控制LED燈具顯示的亮度值。

如在剛入夜的時(shí)候環(huán)境光照強，燈具即顯示亮度高，以便效果醒目突出，而在深夜時(shí)，環(huán)境光照弱，燈具即顯示亮度低，以便達到節能環(huán)保的目的。同時(shí)亮度的強弱變化范圍可自定義設置。

六、LED燈具智能檢測

若論在LED景觀(guān)照明領(lǐng)域，2015最熱捧的技術(shù)是什么?那么很多人都會(huì )想到LED燈具的智能檢測功能。

LED燈具的智能檢測主要集中于如下幾方面進(jìn)行檢測：

(1)燈具各通道所消耗的電流值;

(2)燈具所消耗的電壓值;

(3)燈具的核心溫度;

(4)燈具的運行時(shí)間;

(5)燈具制造信息;

在DMX512控制系統中，根據DMX512控制系統傳輸調光控制數據，實(shí)現調光控制。應用系統中控制數據不間斷地從控制器發(fā)出，經(jīng)由數據總線(xiàn)單向傳輸至LED燈具。

由于DMX512協(xié)議標準沒(méi)有明確定義通訊的逆向傳輸，用戶(hù)不能通過(guò)控制系統檢測LED燈具的工作狀態(tài)。為實(shí)現讓用戶(hù)能通過(guò)控制系統，實(shí)時(shí)監控LED燈具工作狀態(tài)，RDM(遠程設備管理)技術(shù)標準應運而生。

因此，RDM與DMX512是緊密關(guān)聯(lián)的，其主要作用是實(shí)現遠程設備管理，實(shí)現這個(gè)作用的物理傳輸平臺是基于DMX512系統架構。

MR控制系統為實(shí)現用戶(hù)對LED燈具的實(shí)時(shí)監控的應用需求，在DMX512控制系統的基礎上推出RDM應用功能，通過(guò)RDM控制系統實(shí)現針對LED燈具工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控。

MR控制系統針對RDM燈具檢測功能，其中包括電壓、電流及溫度的自動(dòng)檢測功能。

在RDM控制系統的應用方案中，包含上位機軟件、控制器、解碼芯片、電壓檢測電路、電流檢測電路及溫度檢測檢測電流等必要組成部分。

本次我們概述了戶(hù)外景觀(guān)LED控制系統的方案設計中常遇到的技術(shù)局限及一些解決方案，面對如山如海的控制系統方案，視為滄海之一粟，希望更多的用戶(hù)、同行能夠更多的交流與溝通。