毕业设计（论文）-电脑调光器的研制(硬件组).doc

I 电脑调光器的研制（硬件组） 摘 要 在当今节能环保的新经济形势下，如何节约每一度电成为每个人、公司、政府必 须要面对的现实问题。调光器是一种用来改变电光源的光通量、调节照度的照明配件, 广泛应用于家庭照明、剧场舞台、酒店客房、场馆展厅等场合。从原理上讲,所有调光 器都是通过改变电光源的输入电流来获得不同强度的光输出。其控制方法包括改变加 在负载上的电压幅值和改变电流流经负载的时间两种方式,前者直接改变了电流有效值,而 后者是在交流电的半波内控制电流导通的时间及次数来实现的。 进入 21 世纪，嵌入式技术全面发展，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方 向。从航天科技产品到民用产品，嵌入式产品的身影无处不在。在诸多的操作系统中， 嵌入式以其稳定、安全等强大的优点必将成为工业控制、信息家电、机器人、电力及 远程监测等领域的发展局势。 本文介绍的电脑调光器以嵌入式操作平台为核心，采用 SAMSUNG 公司的 S3C2410A 芯片，结合外围芯片接口构成嵌入式计算机硬件平台，通过 RS232、RS485 通讯方式，发送可视 ASCII 指令即可同时控制多路日光灯（或荧光灯）的亮度，能大 大节约电能的消耗，很快就可收回设备投资，具有很高的经济和社会效益。通过地址 扩展技术，本控制器可多个级联使用，可以控制更多路日光灯的亮度。本电脑日光灯 荧光灯亮度节能调光控制器可定制支持局域网络（以太网）通过 TCP/IP 技术进行控制。 广泛应用于智能楼宇、智能小区、宾馆、会议中心的灯光照明控制。 关键词：调光器，嵌入式系统，CAN 总线 II Development of Computer Dimmer（Hardware Group） ABSTRACT In todays energy-saving environmental protection, the new economic situation, how to save each unit of electricity to many individuals, corporations, governments need to face reality. Dimmer light source is used to change the flux, adjusting the illumination of the lighting accessories, are widely used in home lighting, stage, theater, hotel rooms, exhibition venues and other occasions. In principle, all the dimmer light source through changing the input current to obtain different intensities of light output. The control method includes changing the voltage across the load increases the magnitude and the time to change the current flowing through the load in two ways, the former directly change the current effective value, which is half-wave AC control current conduction within the time and frequency to achieve. In the 21st century, the comprehensive development of embedded technology, has become the communications and consumer products common development. From aerospace technology products to civilian products, embedded products, the figure is everywhere. In many operating systems, embedded in its stability, security and other advantages will become powerful industrial control, information appliances, robots, power and remote monitoring developments in the field situation. This article describes the computer dimmer as the core embedded platform, using SAMSUNGs S3C2410A chip, the chip interfaces with the external form of embedded computer hardware platform, RS232, RS485 communication, send ASCII commands to control both visual and more Road fluorescent (or fluorescent) of the brightness can be significant savings in power consumption, equipment investment can be recovered quickly, with high economic and social benefits. Through the address extension technology, the controller can use several cascaded to control more channels fluorescent brightness. Energy- saving fluorescent lamps brightness of the computer dimming controller can be customized to support local area network (Ethernet) via TCP / IP technology for control. Widely used in intelligent buildings, intelligent community, hotels, conference centers lighting control. KEY WORDS:light modulator, embedded systems,CAN bus III 目 录 摘要I ABSTRACTII 1 绪论1 1.1 课题背景和研究意义1 1.2 国内外发展状况1 2 调光器的概述3 2.1 调光器的简介3 2.2 调光器的历史3 2.3 调光器的类型4 2.4 调光器的组成5 2.5 调光器的应用举例6 2.6 调光器的发展趋势7 2.7 本章小结8 3 基于 ARM 数据传输的硬件设计9 3.1 RS485 接口设计9 3.2 调光数据的传输方式10 3.2.1 DMX512 协议简介10 3.2.2 DMX512 包11 3.3 上位机与 CAN 总线接口12 3.3.1 CAN 总线介绍12 3.3.2 接口设计13 3.3.4 评估版概述14 3.4 S3C2410 控制的 CAN 总线接口硬件结构设计15 3.4.1 SJA1000 芯片介绍15 3.4.2 电路设计16 3.5 GY8507USB-CAN 测试17 3.5.1 USB-CAN 适配器外观与接口17 3.5.2 信号定义17 3.5.3 USB-CAN 的测试18 3.5 本章小结20 4 串口模块的软件设计21 4.1 串口模块功能的设计21 IV 4.1.1 串口模块功能的介绍21 4.1.2 串口模块程序流程图22 4.2 GPRS 模块22 4.2.1 EM310 芯片介绍22 4.2.2 GPRS 模块的设计24 4.3 AT 命令24 4.4 本章小结25 5 总结26 致谢27 参考文献28 附录29 附录30 附录32 电脑调光器的研制（硬件组）1 1 绪论 1.1 课题背景和研究意义 当今世界经济技术发展迅速，能源消耗达到了一个惊人的水平，各种资源即将面 临着短缺的危险，调光器的研制就是要达到节约能源的目的。照明灯调光是将装饰在 建筑空间不同层次的照明灯进行亮度调节，从而产生出美化室内光感的空间环境，创 造出满足视觉和心理审美要求的环境气氛，并且能大限度的节约电能，减少有害物质 向大气排放，保护环境，以及实现可持续发展的总要求。 前沿调光器具有调节精度高、效率高、体积小、重量轻、容易远距离操纵等优点, 在市场上占主导地位,多数厂家的产品都是这种类型调光器。前沿相位控制调光器一般 使用可控硅作为开关器件。目前生产的大部分调光器为可控硅调光器，虽然这类调光 器电路简单、成本低廉,但由于可控硅开关时会产生较强的无线电干扰,若不采取有效 的滤波措施,将会妨碍许多电器的使用。另外,可控硅调光器在开通时有一个很陡的前 沿,电压波形从零电压突然跳高,这对白炽灯类电阻性负载的影响不大,但却不适合气体 放电光源的调光使用.因为多数气体放电光源都需要驱动电路来配合工作,而驱动电路 是一种容性负载,可控硅调光器产生的电压跳变会在容性负载上产生很大的浪涌电流, 使电路工作不稳定,甚至造成驱动电路烧毁的故障。 本课题就是以嵌入式操作平台为核心，结合外围芯片接口构成嵌入式计算机硬件 平台，通过软件和硬件的相结合，研究实现对路灯亮度的调节，以求的节约能源，达 到智能，环保，绿色，经济的效果。 1.2 国内外发展状况 随着科学技术的发展，各种新型光源灯具的不断涌现，以及电气电子技术和计算 机技术的蓬勃发展，照明灯调光控制技术越来越智能化。照明灯调光技术已逐渐被人 们青睐，它的应用也越来越广泛，已从传统应用与剧场舞台，扩展到酒店大楼，体育 场馆，展览厅等各种类建筑领域，目前也已开始进入家庭。 60 年代以前，调光设备从盐水缸至大型功率可变电阻都是以改变交流电源的正弦 波来对灯泡负载进行调光。这种形式的缺点在于大量的热能损失和设备体积非常巨大， 但优点是不存干扰噪音。60 年代电子工业的迅速发展、单向可控硅（SCR）与双向可控 硅（TRAIC）的先后发明使调光器在体积上变小、工作温度上减少和可能利用低压讯号 对调光器进行控制，这就是我们所熟悉的调光器。但我们知道这种以触发相切割波形 的方式给我们带来在电力系统中的继续电流问题。在标准的三相供电系统中，这些谐 波能令在中心导体的电流增加至正常的 1.4 倍。谐波会产生可听噪音，会令电力输送 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）2 系统的金属导体甚至变电变压器产生高热。 在欧盟国家中提倡制定法律要求调光系统必须要以低水平的谐波泄漏为原则。另 一方面，市场上使用相切割波形调光器的缺点愈见明显。愈来愈多的灯具已不是以往 纯电阻性负载，如日光灯管、电子调光镇流、LED 灯、电子或电磁式低压变压器及一对 这些类型光源都有一共通点，就是相切割波开调光器已大大远离对这些类型光源进行 调光的合理性。虽然后来的调光器发展方向以 IGBT 为功放组件的逆向相切割波形调光 器为取向，因为它的出现而可以在技术上取消了笨重的滤波线图。但原来相切割波形 方式的问题还是存在，只是减轻重量而已。 最新开发的 SST 系列正弦波调光器（Sine Wave Dimmer） ，以微处理器产生一高频 PWM 控制波型至调光器的 IGBT 功率开关，产生一正常的 0230V 交流正弦波输出去推 动负载。调光以高频开关工作可以减少动滤组件的体积及保证从而产生的噪音在人类 听觉范围以外。47KHz 的载波频率分做 255 级，提供输出电压的分辨率少于 0.5%即少 于 1.15V。使输出为没有阶层的正弦波，这 SST 系列正弦波调光器可以在处理非线性负 载时有极佳的表现，没有最低负载功率的限制并带有自动输出保护，同样取消了滤波 线圈的多余重量等优点。 此外，在一些工作电压不能低于某些值的电器上，如镇流器、霓虹灯管、电风机、 马达等，都可预先设定它们的最低工作电压。然后就像调变白炽灯泡一样，进行调压。 就是说所有类型的负载皆可透过 SST 正弦波调光器加以调光/调压。不仅直通/调光回 路可互以互换，正弦波/调光回路也可互换。可以在处理舞台上带水的、带电感器的一 些非线性负载时有极佳的表现，实现了灯光界几十年来梦寐以求的调光器理想管理模 式：既要防止来自电网的污染，又能避免自身工作电压对现场其它电子设备的干扰， 达到高精度调光、大规模管理的境界。 电脑调光器的研制（硬件组）3 2 调光器的概述 2.1 调光器的简介 调光器:英文叫 dimmer。调光器的目的是调整灯光不同的亮度。通过减少或增加 RMS 电压促使平均功率的灯光产生的不同强度的光输出。虽然可变电压设备可用于各种 目的，但是这种调控旨在控制照明。 调光器的范围是：小单位的大小正常的电灯开关用于家庭照明,高功率单位使用的 大剧院或建筑照明设施。小单位调光器通常是直接控制，高功率单位则采用远程控制 系统。现代专业调光器一般采用像 DMX 或以太网数字控制系统。 在专业照明行业强度的变化被称为“消失” 。调光器，直接手动控制了数量上的限 制，他们的速度可以不同，但在这个问题已基本上消除与现代数字化部队（虽然速度 非常快的亮度变化的可能仍然是可以避免因其他原因想灯泡寿命） 。 现代调光器是建立由可控硅整流器，而不是电位器或可变电阻，因为他们有更高 的效率。通过切换和关闭，从理论上硅控整流器暗不热了（效率接近 1.0） 。 照明灯调光控制会受到人们这么普遍重视，主要是由于照明调光控制有如下一些 优点： （1）通过照明灯的调光控制可改善人们的工作和生活空间环境，从而提高人们的 工作效率和生活质量。 （2）通过照明灯的调光控制可自动定时控制照明灯的开关和照明灯的亮度，实现 良好的节能效果和经济回报。 （3）通过照明灯调光控制的固有特性（软启动）可保护和延长灯具的寿命，降低 灯具的维护费用。 （4）照明灯控制的内涵随着技术发展不断深入扩大，通常有如下一些特优功能： （a）能缓和地完成各种照明“场景”之间的切换； （b）可按室内外的环境光照亮度自动调节被控照明灯的亮度，达到恒定的光照亮 度； （c）可自动探测某个空间是否有人占有，实现无人监控照明灯的开关和调光； （d）可通过编程实现各种动态变化的灯光照明效果； （e）可与其它控制系统互相连结实现系统集成1。 2.2 调光器的历史 最早的一个记录调光器是威伍兹的“安全调光器” ，发表于 1890 年。调光器在此 之前，有可能引起火灾。早期调光器是通过直接控制操作手册的大型调光板，但是这 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）4 意味着所有权力来通过照明控制的位置，这可能是不便和潜在危险，特别是与系统有 大量的渠道，高功率灯或两者（如舞台舞厅或其他类似的场地)。 当可控硅调光器投入使用，模拟远程控制系统（通常是 0-10V 时照明控制系统） 是可行的。该线的控制系统小得多（低电流和更低的危险）较沉重的电力电缆以往的 照明系统。每个暗有其自身的控制线这意味着大量的电线离开照明控制的位置和运行 的各个黯淡。现代系统采用数字控制协议，如 DMX512，ETCnet，或 ETCnet2 1，控 制了大量的调光器（和其他舞台设备）通过一个电缆。 在 1961 年乔尔皮拉的创始人路创电子公司，发明了第一固态调光器，它目前的交 换机和关闭 120 次每秒，节约能源，并允许将调光器安装在一个标准的电器 wallbox 。 2.3 调光器的类型 调光器可按控制方式和使用场合分类。按控制方式可以分为电阻调光器、调压调 光器、磁放大电抗调光器和电子调光器；按使用场合分为民用调光器、影视舞台调光 器、机场灯光调光器和昼光综合控制系统。 电阻调光器将电阻串接在白炽光源和电源的中间，改变电阻值便能调节光源中的 电流，达到调光目的。它的缺点是耗能多、效率低、体积大、控制不便，优点是交直 流电源都可使用、没有无线电干扰。可在实验室、电教示范和船舶导航设备的照明中 使用。 调压调光器一种自耦变压器。其次级电压是通过调节电刷与变压器铁轭外缠绕的 线圈的接触位置来改变的。它具有耗能少、效率高、在额定功率内增加负荷不影响原 来所处的调光程度的优点。缺点是只适用于交流电源、笨重、消耗较多的有色和黑色 金属、不能远距离控制。 磁放大电抗调光器通过改变绕在铁轭上直流绕组中电流的大小，改变交流绕组的 感抗。它具有好的调光性能且控制方便，但体积大且笨重，已被电子调光器取代。 电子调光器早期采用闸流管作为开关元件，后来采用可控硅元件。这种调光器具 有重量轻、体积小、效率高、容易远距离操纵等优点，得到广泛使用。它的缺点是若 不采取有效的滤波措施，会产生无线电干扰，并且对气体放电光源如荧光灯、高强度 气体放电灯等来说，调光比较麻烦。采用大功率晶体管或场效应管的调光器可以克服 这一缺点。 民用调光器用于家庭、办公室、会议室、学校、走廊等场合。线路简单，价格低 廉，性能要求不高。常见的如台灯、吊灯上装的调光器，能满足人们在不同工作时对 光线的需求，达到舒适、卫生和节能的目的。 影视舞台调光器有单回路和多回路两种，每一回路的容量较大。多回路、容量大、 构成系统的亦称调光装置，其特点是回路多、功能齐、各回路调光性能一致。控制方 电脑调光器的研制（硬件组）5 法有手控和微机控制两种。手控方式有自控、集控、交叉控、分总控、总控和场次预 选等；微机控制的除具有上述全部功能外，还能按照场次的不同和时间上的先后次序 将各个舞台灯具的亮暗信息存贮于微机中，按场次自动执行程序。根据影视舞台对灯 光的特殊要求，已出现了音控和程序控制的调光器等新品种。 机场灯光调光器一种调节机场上的高光强机场灯光、灯光系统亮度的装置。在各 种气象条件下，机场灯光均应能引导飞机的起飞和降落，调光器必须满足国际民航 公约规定的亮度等级的调节要求。机场的全套灯光系统装在很大的范围内，输送距 离长，要求等级亮度不能受供电电压、负载多少（包括个别光源烧坏）和线路长短的 影响，并且在塔台上能集中控制。因此，机场灯光调光器是一种输出高电压的电流可 调节的恒流调光器。将各个光源接在各自的隔离变压器的次级，再将初级串接后接到 调光器高压输出端，调节输出端的输出电流，即可达到调光目的。 昼光综合控制系统一种带有微机系统的自动调光系统。用于对大楼中众多的办公 室或类似场所中的许多灯光进行与昼光强弱同步的、与室内工作时间程序表有关的集 中调控，达到无人操作和节约电能的目的。它利用光电控制、时间程序和计算机技术， 使室内的照度控制在要求的水平上。该系统包括昼光调光、时间程序控制调光和报警 控制调光等。调光器的负载大多为白炽灯，少数为荧光灯。 2.4 调光器的组成 常用的可控硅调光器由主回路、触发回路、控制回路和反馈系统等组成，适用于 热辐射光源调光2。 主回路 触发回路 反馈系统 控制回路 输入 220V 光 源 图 2-1 可控硅调光器的组成 主回路由双向或单向反并联的可控硅串接在光源回路中组成。输入后是交流正弦 波，通过可控硅输出的是缺角移相的正弦波。由图 2-2 可见，该波形中必然含有高次 谐波，会产生无线电干扰；其次，它的输出电压的有效值与导通角呈非线性关系。 调 光器触发回路 有半导体分立元件组成的弛张振荡器和触发二极管组成的单片集成触发 器等多种。它必须产生与输入电压在每个周期中的移相导通角同步需要的触发脉冲， 具有一定的触发功率，达到触发可靠的目的。 控制回路除常用的手控外，还有光电控制、音控、程序控制和反馈控制等多种控 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）6 制触发回路。 反馈系统为了达到恒压、恒流、短路保护等目的，采用闭环保护措施，形成反馈 系统，以满足不同的质量要求。 输入电压波 形 导通 角 输出电压波形 图 2-2 可控硅调光器的输出和输入波形 2.5 调光器的应用举例 照明灯调光控制技术的应用从剧场的舞台灯光逐渐转向各种建筑照明领域，控制 范围已从单个厅室扩展到所有高层厅室，甚至控制城市的许多大楼。照明控制技术方 式已从集中控制方式转变为分散控制和分布式控制，特别是分布式控制的出现，使照 明控制方式达到比较完美的应用，随着微处理控制器和计算机网络技术的发展，照明 控制技术的应用更加广泛。 （1）国家大剧院戏剧场 戏剧院灯光方案系统的设计与设备配置是高质的、先进的、灵活的和多方位的， 充分应用了斯全德灯光网络化、智能化、模块化的最新研究成果和设计理念，具有 21 世纪国际领先水平。大剧院戏剧场舞台灯光、观众与工作灯光控制采用了国际技术成 熟的 ShowNET/DMX 全数字双网络信号传输系统，实现网内资源共享，主控制台与副控 制台既可以独立控制又可实时跟踪备份，具有优良的系统可靠性和实用性。其中调光 台选用 STRAND500 系列网络电脑调可靠性和实用性。其中调光台选用 STRAND C21 网络 调光立柜（含正弦波）12 台，通过光纤传输及 SN110 节点分布构成戏剧场整个灯光控 制网络。戏剧院灯光系统设计所采用的技术，包含了下列国际高科技手段： （a）最新的无线网络系统； （b）最新发表的工作电源于网络线材中游走的标准； （c）TCP/IP 网络通信技术； （d）专利波形分析系统； 电脑调光器的研制（硬件组）7 （e）三相输入修正； （f）DMX 优先配置； （g）风机无段变速； （h）高效滤波扼流； （i）高速率可控硅响应与高精度数位触发； （g）高效稳压技术； （k）正弦波。 （2）东莞玉兰大剧院灯光控制网络系统工程 东莞玉兰大剧院是东莞市的高雅艺术殿堂，东莞市重要的标志性建筑之一，其舞 台灯光系统设计配置与设计性能达到国际先进、国内一流剧场水平。灯光总投资为 2398 万元，其中大剧场约 1872 万元，实验剧场约 526 万元。大剧场的舞台灯光设备采 用斯全德先进的技术和设备，高科技渲染舞台气氛效果。 主控台和备份台均选用 Strand 550i 网络调光台，可通过功能强大的应用软件进 行扩展，操作软件可控制 6000 个光路和 2000 个换色器或电脑灯。主、备用台能实时 全追踪备份，确保舞台灯光的控制始终在工作状态。 新一代高速网络与智能数字控制设备的集成采用了以太网与 DMX 网并存的设计。 主干线采用具有高速、宽带、耐用和高度可靠传输性的光纤网络布线系统，灯光网络 系统能承载几乎所有灯光设备，包括舞台常规灯、电脑灯、换色灯、效果器以及场灯 工作灯在内的照明控制系统。各灯光网络控制系统均具有双重备份多级保护系统，控 制信号具备严格有效的实时完全跟踪备份。 （3）中国中央电视台（1000演播厅） 以 Strand 500i 为主机，Strand 530i 或 520i 为备份机，外加遥控器、SN103 网 络节点和网络分配器，组成网络化数字调光系统，通过 Strand CD80S 调光立柜达成灯 光控制。 （4）深圳电视中心（1800演播剧场） 选用 Strand 500i、Strand 530i 电脑调光台各 1 台，通过网络控制 Strand CD80SV 调光立柜 7 台，控制全场观众照明与舞台灯光。 （5）北京人民大会堂 选用两台 Strand 500i 电脑台为主机，2000 光路 Strand 500i 为备份机，利用 “ShowNet Pro”分出全系统 3 个网站，总控歌剧院舞台 1000 个调光回路。 2.6 调光器的发展趋势 大型调光台，具有当今最先进的电子技术和计算机科技，融入了许多灯光设计方 面丰富的设计经验和先进的设计思想，代表了当今调光技术的最高水平。大型调光台 的调光光路都在 1000 以上，可控制的调光器都在 2048 以上。调光台的可控制容量已 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）8 不是灯光技术师需要担心的问题。 大型的调光控制台的演出重演，都是通过集控推杆、场重演推杆进行，对于灯光 设计师来说，一台大型调光台控制着几百甚至几千台的灯具，要配合演出作出连续的 天衣无缝的变化，如此复杂繁重的任务都是靠调光台编程来实现，这就要求调光台要 有非常灵活简单的编程方法和程序修改方法，尽量减少灯光师的编程时间、减轻花在 灯光设备上的精力，将更多的时间和精力放在演出上。 随着现代舞台智能从灯具的出现和不断完善，如今已有着非常普通的应用。智能 灯具一般采用新的更高效的发光光源，调光方法和传统灯具完全不同，智能灯具的控 制传统需要有专用的电脑控制台。现今这些大型调光台，具有光路属性设定、16 比特 的 DMX 输出，有专用的编码器进行调节控制可以安全胜任对智能灯具的控制3。 除具备容量大、可编程、可同时控制智能灯具外，现代大型网络调光台还具有以 下特点： 灯光操作人员可以通过网络，在灯光控制台显示屏或 PC 电脑，随时了解灯光系统 瞬间信息及工作状态，及时对各回种灯光实行监控、干预或纠错。 采用微软操作系统 windowsXP 图表式的用户界面，使灯光师的操作更加亲切方便； 支持三维灯光设计软件，支持有线、无线、离线编辑、远程视频，媒体播放器， 网络游览器，E-MAIL 及 PDF 解读软件，兼容未来的灯光网络协议（ACN） ，大大节省装 台和布光所用的时间，给节目彩排时导演与灯光师在现场的声音与视觉交流带来变革 性便利。 控制台具有完全跟踪备份功能。可与另外一台控制台联网，互相学习、互为备份。 即两调光台并行处理，一台编程则另外一台马上学习，当主、备控台中任何一台失效 时，另一台就会自动跟进输出。这种方式既可充分发挥资源的共享作用，又可确保演 出或会议的灯光控制万无一失。 2.7 本章小结 本章从调光器的的定义，历史，类型，组成，应用以及趋势等发面介绍了系统的 介绍了调光器。 电脑调光器的研制（硬件组）9 3 基于 ARM 数据传输的硬件设计 3.1 RS485 接口设计 采用 MAX485 芯片完成 RS-485 接口通信，使一级解码器按 RS-485 电气接口输出 DMX512 数据帧，完成一级解码器和二级解码器之间的半双工通信。为降低数据传输差 错率，232 串口和 485 串口数据位的最后一位为奇偶效验位。 MAX485 芯片一路连接如图 3-1 所示，MAX485 芯片可以工作在半双工状态。MAX485 芯片的控制引脚 2 和引脚 3 可以分别控制，也可以共同控制，在图 3-1 中当 P1.0 为高 电平时，MAX485 作为输出驱动器使用，来自单片机 TXD 的输出信号通过引脚 6 和引脚 7 加载到 RS485 总线上；当 P1.0 为低电平时，MAX485 作为信号接收器使用，来自 RS485 总线的信号通过 RO（1 号引脚）被读到单片机的 RXD。 图 3-1 MAX485 芯片一路连接图（控制器输出接口） 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）10 图 3-2 MAX485 芯片多路连接图 MAX485 芯片多路连接如图 3-2 所示。一级解码器和多台二级解码器（由单片机实 现）通过 RS485 总线连接。RS485 总线的使用权由一级解码器控制。在系统开始工作时， 一级解码器的 MAX485 处于数据发送状态，也即引脚 2 和 3 是高电平；而所有二级解码 器的 MAX485 处于接收状态，也即引脚 2 和 3 是低电平，此时一级解码器可以把数据发 送到 RS485 总线上，二级解码器依据各自地址读取数据。如果一级解码器想要通过 RS485 总线读取 n 号二级解调器的数据，一级解码器可以向这个二级解码器发出呼叫信 号，然后出让总线的使用权，也就是让一级解码器的 MAX485 芯片的引脚 2 和 3 设定为 低电平，使一级解码器处于接收信号状态，而被呼叫的二级解码器被允许使用总线， 它的 MAX485 芯片引脚 2 和 3 设定为高电平，使二级解码器处于发送数据状态，向总线 加载数据，一旦加载数据完成，总线的使用权重新交给一级解码器。此时一级解码器 可以重新向二级解码器发送调光数据，也可以继续读取 n+1 号二级解码器数据。 3.2 调光数据的传输方式 调光数据的传输采用 DMX512 协议。 3.2.1 DMX512 协议简介 DMX512 协议最先是由 USITT（美国剧院技术协会）发展成为从控制台用标准数字 接口控制调光器的方式。DMX512 超越了模拟系统，但不能完全代替模拟系统。DMX512 的简单性、可靠性以及灵活性使其迅速成为资金允许情况下选择的协议，除了调光器 外，一系列不断增长的控制设备就是证据。DMX512 仍然是科学上的一个新领域，具有 在规则基础上产生的各种奇妙技术4。 DMX512 标准在通讯的电气标准上采用了 EIA-485 标准。它采用平衡输出的发送器， 差分输入的接收器。发送器有一对输出线，当一根线上的信号为高电平时另一根线上 的信号变为低电平，反之亦然，线之间的信号极性因此翻转过来。这两种状态分别代 电脑调光器的研制（硬件组）11 表“1”和“0” 。一般情况下，传输线路只用两根线，不用公共地线，线路完全平衡。 这使得通信双方由于低电位不同而对通信线路产生的干扰减至最少。再配以先进的专 用接口电路，传输的稳定性也相当好。 控制计算机 单片机 EIA-485 接口 亮度数据 DMX512信号 图 3-3 数字传输灯光控制台 通常地，就如任何网段一样，导线两头应该有两个终端。灯光控制台通常在一头 作为终端，而另一头应该只有一个 120 的电阻。EIA485 规范只支持“雏菊链”或每 段上最多以 32 个“单元负载”所构成的串行网络。制造商声称每段可以长达 1000m。 但是，要特别指出的是，中继器的作用应该考虑到 700m 或 800m 左右，这样可以防止 环境的异常。 在第一个亮度发出以前，先送出一个复位信号（BREAK） ，复位信号由持续至少 88 微秒的一个低电平(2 帧时间)或再长的持续时间组成，并且在后面紧跟一个空的开始代 码。接着开始顺序传送亮度信号数据。 有效的调光器亮度将是十进制 0255，代表调光器的亮度输入控制值由关闭到完 全亮的线性关系。 在复位（BREAK）和开始代码之间有一个标记，它的持续时间将不少于 8 微秒并且 不大于 1 秒（所有的 DMX512/1990 发生器将在 BREAK 后产生一个不少于 8 微秒的标记） 。 跟在复位后的空字符(所有位都为零)是一个特殊定义的字节，空字符开始表明随后的 数据作为顺序的一路路位的调光器的亮度信息。 每个亮度数据的传输格式如下： 第 1 位为开始位，低电平；第 2 到第 9 位为调光器的亮度数据位，由最低的位到 最高的位，正逻辑；第 10，11 位为停止位，高电平，无奇偶位。 数据率为每秒 250 千位（250 k