基于LED智能照明控制系統的研究

1 引言

隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì )的不斷進(jìn)步，大功率LED照明應用的普及，人們對LED照明的高效控制和功能多樣化的要求也不斷提高，LED智能照明系統應運而生。LED智能照明系統充分利用電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將建筑物內的各種LED照明器具有機的連接在一起，實(shí)現有效的管理和控制。

2 以太網(wǎng)、TCP/IP簡(jiǎn)介

以太網(wǎng)(Ethernet)是一種計算機局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。IEEE 制定的 IEEE 802.3標準給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標準。它規定了包括物理層的連線(xiàn)、電信號和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層協(xié)議的內容。以太網(wǎng)是當前應用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標準，如令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI 和ARCNET。以太網(wǎng)的標準拓撲結構為總線(xiàn)型拓撲，但目前的快速以太網(wǎng)（100BASE-T、1000BASE-T標準）為了最大程度的減少沖突，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò )速度和使用效率，使用交換機（Switch）來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )連接和組織，這樣以太網(wǎng)的拓撲結構就成了星型，但在邏輯上以太網(wǎng)仍然使用總線(xiàn)型拓撲和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Derect 即帶沖突檢測的載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)) 的總線(xiàn)爭用技術(shù)。

TCP/IP 通訊協(xié)議集是當前網(wǎng)絡(luò )最普遍使用的數據傳輸協(xié)議，它是著(zhù)名的國際互聯(lián)網(wǎng)的主體協(xié)議。TCP/IP 協(xié)議的基本傳輸單位是數據包。TCP 協(xié)議負責把數據分成若干個(gè)數據包，并給每個(gè)數據包加上包頭，(就像給一封信加上信封) 包頭上有相應的編號以保證在數據接收端能將數據按順序還原為原來(lái)的格式。IP協(xié)議在每個(gè)包頭上再加上接收端設備地址，這樣數據能找到自己要去的地方。(就像信封上要寫(xiě)明地址一樣) 如果傳輸過(guò)程中出現數據丟失、數據失真等情況，TCP協(xié)議會(huì )自動(dòng)要求數據重新傳輸。IP協(xié)議保證數據的傳輸，因此是個(gè)地址協(xié)議。TCP協(xié)議保證數據傳輸的質(zhì)量，因此是個(gè)傳輸控制協(xié)議。

3 DMX512簡(jiǎn)介

了解燈光的從業(yè)人員都會(huì )知道這種協(xié)議，它是當今使用最廣的燈光通訊協(xié)議。出于USITT（美國劇院技術(shù)協(xié)會(huì )）把Colortran 公司的CMX192中的Band rate 從153.6Kbit/s提升至250Kbit/s及192CH變?yōu)?12CH后發(fā)表（CMX與DMX結構大致相同）。當初發(fā)表時(shí)Mark After Break(MAB)為4uS，在隨后的應用中發(fā)現常有訊號刷新的問(wèn)題而把MAB 延長(cháng)為8uS并定義為DMX-512(1990)版本。它的廣泛使用是由于結構簡(jiǎn)單、成本低、容易理解等，各大廠(chǎng)商先后把DMX512接口加到產(chǎn)品上。DMX512協(xié)議的成功推廣且大家樂(lè )于使用的另一大功臣是數十年來(lái)電腦燈具的迅速發(fā)展及大量使用于大型演出中。DMX512 仍然是科學(xué)上的一個(gè)新領(lǐng)域，具有在規則基礎上產(chǎn)生的各種奇妙技術(shù)。

DMX512控制線(xiàn)采用5針XLR（有時(shí)候是3針）連接設備，母接口適用于發(fā)送器，而公接口適用于接收器。規范中建議用一條兩對導線(xiàn)（4 個(gè)連接口）來(lái)實(shí)現屏蔽，雖然只是需要其中一對。第二對導線(xiàn)用于未指定的可選場(chǎng)合中。必須注意的是一些調光器使用這些線(xiàn)來(lái)指示故障和狀態(tài)信息。如果調光器用第二個(gè)信道，則需要專(zhuān)門(mén)配置的分路器和中繼器。

XLR 連接器的針口分配如下：
1 屏蔽 地/0 伏
2 內部導體（黒） 數據–
3 內部導體（白） 數據＋
4 內部導體（綠） 備用數據－
5 內部導體（紅） 備用數據＋

4 業(yè)界主流LED控制系統簡(jiǎn)介

4.1：串行控制系統，以級聯(lián)的方式進(jìn)行控制，每個(gè)燈的信號線(xiàn)采用一進(jìn)一出的方式。代表產(chǎn)品有標準595及兼容芯片，例如臺灣點(diǎn)晶的DM134、135等。由于這種控制方式的芯片本身不產(chǎn)生灰度，如果需要灰度要由控制器來(lái)產(chǎn)生，導致系統的傳輸速率過(guò)高，在工程應用中容易受完成擾穩定性差。

優(yōu)點(diǎn)：成本低，控制簡(jiǎn)單，不需要設置地址，對于一些穩定性、可靠性要求不是很高的項目可以采用此種控制方式。

缺點(diǎn)：信號線(xiàn)過(guò)多，通常需要5根信號線(xiàn)（時(shí)鐘、數據、鎖存、OE、地）。
由于采用一進(jìn)一出的方式，導致當一個(gè)燈出現故障，影響后現一串燈的正常工作。
信號線(xiàn)采用TTL傳輸，燈與燈之間的距離只能在1米以?xún)取?BR> 非標準系統，燈具與控制器必須是同一廠(chǎng)家的產(chǎn)品，否則兩者無(wú)法兼容。

4.2：現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，其中分為DALI總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)兩大類(lèi)。

4.2.1 DALI簡(jiǎn)介：
上世紀90年代末，照明工業(yè)開(kāi)發(fā)了DALI標準（Digital Addressable Light Interface）。這個(gè)數字可尋址照明接口被設計取代傳統用于調光燈鎮流器的1～10V電壓接口。DALI定義了一個(gè)標準化的數字鎮流器接口，不依賴(lài)于任何廠(chǎng)商的DALI標準已經(jīng)作為IEC60929國際標準，保證了不同照明設備廠(chǎng)商的鎮流器的互操作性。DALI組件創(chuàng )造了靈活、低成本、分布式的新一代開(kāi)放數字照明系統。這個(gè)新的開(kāi)放標準對于照明控制解決方案的未來(lái)業(yè)務(wù)有很大的影響，它正在從根本上改變基于傳統1～10V電壓接口的照明控制解決方案的方式。

DALI標準已經(jīng)定義了一個(gè)DALI網(wǎng)絡(luò )包括最大的64個(gè)單元（可獨立地址），16個(gè)組及16個(gè)場(chǎng)景。DALI總線(xiàn)上的不同照明單元可以靈活分組，實(shí)現不同場(chǎng)景控制和管理。在實(shí)際應用中，一個(gè)典型的DALI控制器控制多達40～50盞燈，可分成16個(gè)組，同時(shí)能夠并行處理一些動(dòng)作。在一個(gè)DALI網(wǎng)絡(luò )中，每秒能處理30～40個(gè)控制指令。這意味著(zhù)控制器對于每個(gè)照明組，每秒需要管理2個(gè)調光指令。DALI并不是真正的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，它是代替1～10V電壓接口控制鎮流器。DALI控制器通常被連接到更高級的設備網(wǎng)絡(luò )，如以太網(wǎng)，以支持更多的設備和足夠的網(wǎng)絡(luò )帶寬。