一種基於pc和微型轉換器的多協議燈光控制系統的製作方法

2023-12-11 19:07:12

專利名稱：一種基於pc和微型轉換器的多協議燈光控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於USITT DMX-512協議和ARTNET協議的燈光控制和管理 系統，特別是一種支持DMX或和ARTNET協議燈具的數位化燈光控制系統。
背景技術：
目前，採用DMX信號或ARTNET信號控制燈光照明設備已成為燈光照明業最常用 的標準，尤其在舞臺、劇院、舞廳以及廣場環境照明上應用越來越廣泛。一般來講，一套 DMX-512燈光控制系統如圖1所示，包括DMX控制器1，信號線2和被控的複數燈具3。DMX 控制器1一般是體積龐大的燈光控制臺。複數燈具3—般是數字調光櫃(普通調光燈連接 到調光櫃)、電腦燈、搖頭燈、LED燈等等。目前普遍在用的燈光控制臺具有一些缺點，如回 路數有限、價格昂貴、操作複雜、兼容性差、體積龐大和功耗大等，並且很難實現LED燈的調 光和效果控制功能。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是，針對上述現有燈光控制臺技術缺陷，提供一種 基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統，如圖2所示。它包括PC及燈光控制軟體1 和微型轉換器2，同時支持輸出DMX-512協議和ARTNET協議控制信號。本實用新型通過這樣的技術方案解決上述技術問題的，即設計一種基於PC和微 型轉換器的多協議燈光控制系統，它包括燈光控制軟體和微型轉換器。燈光控制軟體使用 Visual C++6.0開發，正在申請軟體著作權，這裡只描述其功能。它可運行在任何電腦上， 可用來設計或實時控制燈光效果，可以增加、修改和刪除各種燈具庫，添加、編輯和刪除場 景或效果，運行和暫停場景或效果。微型轉換器通過有線或者無線網絡連接到電腦，具有燈 光控制軟體直接控制模式和脫離PC獨立運行模式。在直接控制模式下，燈光控制軟體利用 PC網絡直接輸出ARTNET控制信號，同時通過微型轉換器後實時輸出DMX-512控制信號，燈 光控制軟體最多支持10個DMX-512域，最多可控5120個DMX通道。燈光場景或效果設計 完畢後，可下載到微型轉換器，切換微型轉換器為獨立運行模式，此時微型轉換器可脫離PC 獨立運行，手動按鈕控制或定時觸發控制輸出DMX-512控制信號。微型轉換器具有2個上 下場景或效果選擇按鈕，以及1個場景或效果運行和停止復用按鈕。所述的微型轉換器採用微處理器晶片C8051F020，在直接控制模式下完成網絡數 據包與DMX-512數據包之間的解析和轉發功能，在獨立運行模式下完成讀取預設場景或效 果程序並控制輸出DMX信號。採用TCP/IP網絡協議層全硬體實現晶片W3150A完成IP數 據接收和發送功能，W3150A與C8051F0208位數據/15位地址總線相連接。ALTERA FPGA芯 片EP1C6全硬體實現3路XLR接口的DMX-512信號，自動接收或發送DMX-512數據包，自動 以30ms間隔刷新輸出DMX-512信號，不需要微處理器幹預，只要寫入或者讀取EP1C6中對 應DMX通道的內存數據即可，EP1C6與C8051F020 8位數據/16位地址總線相連接。微型轉 換器採用SD2000A晶片實現內置時鐘日曆，使得脫離PC也能通過時間來觸發場景或效果。微型轉換器帶有48KB快閃記憶體，最多可存儲多達11000步DMX通道的變化。本實用新型的優勝之處在於，使用燈光控制軟體來設計和控制燈光效果，具有操 作簡單、燈具庫豐富、所見即所得、易於控制LED燈光效果等優點，利用微型轉換器既可以 直接控制又可以獨立運行，具體積小、使用方便、價格便宜、功耗低等優點。

下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是一般DMX-512燈光控制系統框圖。圖2是本實用新型一種基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統。圖3是多功能微型轉換器外部接口示意圖。圖4是多功能微型轉換器電路框圖。圖5是多功能微型轉換器的微處理器及外圍電路圖。圖6是多功能微型轉換器的網絡模塊電路圖。圖7是多功能微型轉換器的DMX模塊電路圖。
具體實施方式
圖1為目前一般DMX-512燈光控制系統組成框圖。包括DMX控制器即燈光控制臺 1，信號線2和被控的複數燈具3。燈光控制臺1 一般體積龐大，如980X375X110mm。複數 燈具3 —般是數字調光櫃(普通調光燈連接到調光櫃)、電腦燈、搖頭燈、LED燈等等。如圖2所示為本實用新型的一種基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統，主 要包括PC以及燈光控制軟體1和微型轉換器2、DMX信號線3以及被控複數燈具4和ARTNET 接口的複數燈具6。其中電腦與微型轉換器連接線5可以是直連網線，或是本地區域網，也 可以是無線網絡。燈光控制軟體可運行在任何電腦上，用來設計或實時控制燈光效果，可以 增加、修改和刪除各種燈具庫，添加、編輯和刪除場景或效果，運行和暫停場景或效果。微型 轉換器支持燈光控制軟體直接控制和脫離PC獨立運行。在直接控制模式下，燈光控制軟體 利用PC網絡直接輸出ARTNET控制信號，同時通過微型轉換器後實時輸出DMX-512控制信 號，燈光控制軟體最多支持10個DMX-512域，最多可控5120個DMX通道。燈光場景或效果 設計完畢後，可下載到微型轉換器，切換微型轉換器為獨立運行模式，此時微型轉換器可脫 離PC獨立運行，手動按鈕控制或定時觸發控制輸出DMX-512控制信號。圖3為本實用新型的一種多功能微型轉換器外部接口示意圖。示意圖只表示微型 轉換器外部接口的位置，不代表實際外殼形狀。圖中1是+5V外部電源輸入接口。圖中2 是10/100M自適應網線插頭，可通過有線網絡或者無線網絡連接PC，燈光控制軟體通過此 網絡與微型轉換器進行通訊，通訊協議是國際標準網絡調光ARTNET協議。圖中3是外部 觸發接口，10個針，8個10輸入、1個地和1個電源信號，此10輸入可觸發場景或效果地啟 動，具體那個場景和效果利用外部10接口來觸發，需要在燈光控制軟體上指定。圖中4是 2個DMX輸出接口，其中左邊這個是DMX輸出接口 1，另一個是DMX輸出接口 2。圖中5是 可配置的DMX接口，默認為DMX輸入接口，用作外部輸入DMX觸發之用，在燈光控制軟體可 配置其為DMX輸出接口，即DMX輸出接口 3。這樣最多總共是3個DMX輸出接口，共512 X 3 =1536個DMX通道。圖中6是三個指示燈，從左到右分別是網絡指示燈(收到ARTNET數據時閃爍)、電源指示燈、DMX信號指示燈(DMX數據包變化時閃爍)。圖中7是三個按鈕， 從左到右分別是下一個、上一個和運行停止按鈕。下一個和上一個按鈕分別用來選擇運行 下一個和上一個場景或效果。運行停止按鈕用來運行或停止場景或效果的復用按鈕。圖中 8是燈光控制軟體直接控制模式和脫機獨立運行模式撥動開關，目前處於獨立運行模式，撥 動開關到左邊變成直接控制模式。圖4為本實用新型的一種多功能微型轉換器電路框圖，包括電源轉換電路、網絡 通訊電路、DMX信號處理電路、實時時鐘電路、中央處理器、外部觸發接口電路、撥動開關和 按鈕電路以及LED指示燈電路。電源轉換電路是指外部輸入+5伏電源變換成+3. 3伏和 +1. 5伏電路，得到合適的電壓作為其它部分電路工作的電源。網絡通訊電路一端是RJ45接 口連接電腦或者區域網，另一端連接到中央處理器，控制接收和發送網絡數據包。DMX信號 處理電路一端是3個XLR3接口，另一端連接到中央處理器，控制接收和發送DMX-512數據 包。中央處理器作為微型轉換器的主控部分，控制除供電電路外的其它部分電路，主要負責 解析和轉發網絡數據包與DMX信號數據包，控制場景或效果的運行，並作為數據的存儲和 處理載體。實時時鐘電路連接到中央處理器，提供精確日曆時間功能，中央處理器利用此功 能可自動定時運行場景或效果。外部觸發接口電路、撥動開關和按鈕電路與中央處理器連 接，輸入高低電平10信號到中央處理器。中央處理器連接LED指示燈電路，輸出高低電平 信號到LED指示燈電路控制指示燈亮或滅。因為本實用新型微型轉換器電路內容多且複雜，為了更好地繪製和詳細描述電 路，這裡將整個電路拆畫成3張電路圖，分別是圖5、圖6和圖7。為了更清楚地分析電路圖， 晶片之間及3張電路圖之間的數據和地址總線、電源、地線以及特殊連線使用網標來連接。圖5為本實用新型的一種多功能微型轉換器的微處理器及外圍電路圖。所述的 微型轉換器採用微處理器晶片C8051F020，如圖中3指示，在直接控制模式下解析和轉發網 絡數據包與DMX-512數據包，在獨立運行模式下讀取預設程序並控制輸出DMX數據包。圖 中1是+5V轉換成+3. 3V電路，採用S1117-3. 3V晶片。圖中2是實時時鐘電路，採用晶片 SD2405，通過I2C總線SDA和SCL信號連接到微處理器。圖中4是撥動開關和按鈕電路，分 別連接到微處理器的P0. 2和P3. 0>3. 2接口。圖中5是地址和數據分離晶片SN74HC574。 圖中6是外部觸發接口電路，連接到微處理器的P2 口。圖6為本實用新型的一種多功能微型轉換器的網絡模塊電路圖。所述的微型轉換 器的網絡模塊採用TCP/IP網絡協議層全硬體實現晶片W3150A，如圖中2指示，完成IP數 據接收和發送功能，W3150A與C8051F0208位數據/15位地址總線相連接。網絡模塊的物 理層晶片採用RTL8201晶片，如圖中1指示，完成10/100自適應網絡握手和通訊功能，通過 4位Mil接口與W3150A晶片。圖中3是帶有網絡隔離功能和指示燈的RJ45插座，連接到 RTL8201 晶片。圖7為本實用新型的一種多功能微型轉換器的DMX模塊電路圖。所述的微型轉換 器的DMX模塊核心採用ALTERA FPGA晶片EP1C6，如圖中2指示，實現接收或者發送DMX-512 數據包，自動以30ms間隔刷新輸出DMX-512信號，不需要微處理器幹預，只要寫入或者讀取 EP1C6中對應DMX通道的內存數據即可，EP1C6與C8051F020 8位數據/16位地址總線相連 接。另外，EP1C6晶片實現地址解碼和中斷控制功能，以及充當8K SRAM給微處理器作運算 處理緩衝內存之用功能。20MHz時鐘源輸入到EP1C6，經過PLL倍頻為120MHz供EP1C6內核使用。EPCS1是存儲FPGA代碼用的配置晶片，通過SPI總線與EP1C6連接。圖中1是+5V 到+1. 5V電壓轉換電路，供電給EP1C6內核。圖中3是DMX物理信號驅動電路，採用75184 晶片，一端連接到EP1C6晶片，另一端連接到XLR接口。EP1C6可控制DMX接口工作在輸入 還是輸出模式，如SEL3為低電平時為輸入模式，為高電平時為輸出模式。
權利要求一種基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統，包括燈光控制軟體和微型轉換器，其特徵是該微型轉換器包括電源轉換電路、網絡通訊電路、DMX信號處理電路、實時時鐘電路、中央處理器、外部觸發接口電路、撥動開關和按鈕電路以及LED指示燈電路；該網絡通訊電路一端是RJ45接口連接電腦或者區域網，另一端連接到中央處理器，控制接收和發送網絡數據包；該DMX信號處理電路一端是3個XLR3接口，另一端連接到中央處理器，控制接收和發送DMX-512數據包；該中央處理器負責解析和轉發網絡數據包與DMX信號數據包，控制場景或效果的運行，並作為數據的存儲和處理載體；該外部觸發接口電路、撥動開關和按鈕電路與中央處理器連接，輸入高低電平IO信號到中央處理器；中央處理器連接LED指示燈電路，輸出高低電平信號到LED指示燈電路控制指示燈亮或滅。
2.根據權利要求1所述的一種基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統，其特徵 是實時時鐘電路連接到中央處理器，在獨立運行模式下觸發運行場景或效果。
3.根據權利要求1所述的一種基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統，其特徵 是微型轉換器具有外部觸發數字IO接口，用戶可連接通用數字IO推桿或按鈕來觸發運行 場景或效果。
專利摘要一種基於PC和微型轉換器的多協議燈光控制系統，主要包括PC以及燈光控制軟體1和微型轉換器2。燈光控制軟體可運行在任何電腦上，用來設計或實時控制燈光效果，可以增加、修改和刪除各種燈具庫，添加、編輯和刪除場景或效果，運行和暫停場景或效果。微型轉換器支持燈光控制軟體直接控制和脫離PC獨立運行。在直接控制模式下，燈光控制軟體利用PC網絡直接輸出ARTNET控制信號，同時通過微型轉換器後實時輸出DMX-512控制信號，燈光控制軟體最多支持10個DMX-512域，可控5120個DMX通道。燈光場景或效果設計完畢後，可下載到微型轉換器，切換微型轉換器為獨立運行模式，此時微型轉換器可脫離PC獨立運行，手動按鈕控制或定時觸發控制輸出DMX-512控制信號。
文檔編號H05B37/02GK201601861SQ20092019106
公開日2010年10月6日 申請日期2009年8月5日 優先權日2009年8月5日
發明者餘昌盛, 張子發 申請人:餘昌盛;張子發