基于LED智能照明控制系統(tǒng)的研究

1 引言

隨著信息技術的飛速發(fā)展和社會的不斷進步，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(tǒng)應運而生。LED智能照明系統(tǒng)充分利用電子技術、通信技術和計算機網絡技術將建筑物內的各種LED照明器具有機的連接在一起，實現有效的管理和控制。

2 以太網、TCP/IP簡介

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

TCP/IP 通訊協議集是當前網絡最普遍使用的數據傳輸協議，它是著名的國際互聯網的主體協議。TCP/IP 協議的基本傳輸單位是數據包。TCP 協議負責把數據分成若干個數據包，并給每個數據包加上包頭，(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的格式。IP協議在每個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。(就像信封上要寫明地址一樣) 如果傳輸過程中出現數據丟失、數據失真等情況，TCP協議會自動要求數據重新傳輸。IP協議保證數據的傳輸，因此是個地址協議。TCP協議保證數據傳輸的質量，因此是個傳輸控制協議。

3 DMX512簡介

了解燈光的從業(yè)人員都會知道這種協議，它是當今使用最廣的燈光通訊協議。出于USITT（美國劇院技術協會）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Mark After Break(MAB)為4uS，在隨后的應用中發(fā)現常有訊號刷新的問題而把MAB 延長為8uS并定義為DMX-512(1990)版本。它的廣泛使用是由于結構簡單、成本低、容易理解等，各大廠商先后把DMX512接口加到產品上。DMX512協議的成功推廣且大家樂于使用的另一大功臣是數十年來電腦燈具的迅速發(fā)展及大量使用于大型演出中。DMX512 仍然是科學上的一個新領域，具有在規(guī)則基礎上產生的各種奇妙技術。

DMX512控制線采用5針XLR（有時候是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(guī)范中建議用一條兩對導線（4 個連接口）來實現屏蔽，雖然只是需要其中一對。第二對導線用于未指定的可選場合中。必須注意的是一些調光器使用這些線來指示故障和狀態(tài)信息。如果調光器用第二個信道，則需要專門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(tǒng)簡介

4.1：串行控制系統(tǒng)，以級聯的方式進行控制，每個燈的信號線采用一進一出的方式。代表產品有標準595及兼容芯片，例如臺灣點晶的DM134、135等。由于這種控制方式的芯片本身不產生灰度，如果需要灰度要由控制器來產生，導致系統(tǒng)的傳輸速率過高，在工程應用中容易受完成擾穩(wěn)定性差。

優(yōu)點：成本低，控制簡單，不需要設置地址，對于一些穩(wěn)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：信號線過多，通常需要5根信號線（時鐘、數據、鎖存、OE、地）。
由于采用一進一出的方式，導致當一個燈出現故障，影響后現一串燈的正常工作。
信號線采用TTL傳輸，燈與燈之間的距離只能在1米以內。
非標準系統(tǒng)，燈具與控制器必須是同一廠家的產品，否則兩者無法兼容。

4.2：現場總線控制系統(tǒng)，其中分為DALI總線和RS485總線兩大類。

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

DALI標準已經定義了一個DALI網絡包括最大的64個單元（可獨立地址），16個組及16個場景。DALI總線上的不同照明單元可以靈活分組，實現不同場景控制和管理。在實際應用中，一個典型的DALI控制器控制多達40～50盞燈，可分成16個組，同時能夠并行處理一些動作。在一個DALI網絡中，每秒能處理30～40個控制指令。這意味著控制器對于每個照明組，每秒需要管理2個調光指令。DALI并不是真正的點對點網絡，它是代替1～10V電壓接口控制鎮(zhèn)流器。DALI控制器通常被連接到更高級的設備網絡，如以太網，以支持更多的設備和足夠的網絡帶寬。