基于DMX512協(xié)議的燈光控制信號無線傳輸設(shè)計

引 言
隨著數(shù)字化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的廣泛普及，舞臺和演播廳等燈光控制系統(tǒng)由傳統(tǒng)的模擬控制轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字控制。為了解決各廠家設(shè)備兼容性問題，美國劇場技術(shù)協(xié)會(USITT)制定了DMX512協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于該協(xié)議簡單實用，目前幾乎所有的燈光及舞臺設(shè)備生產(chǎn)廠商都支持該控制協(xié)議，使之成為燈光控制的國際標(biāo)準(zhǔn)。由于協(xié)議規(guī)定DMX512信號通過EIA-485有線線纜進(jìn)行傳輸，這就造成在條件不利于有線布線的環(huán)境下設(shè)備安裝困難。因此，設(shè)計一種短距離無線通信系統(tǒng)來代替有線線纜完成信號的傳輸就顯得十分必要。

1 DMX512協(xié)議簡介
DMX512協(xié)議適用于一點對多點的主從式燈光控制系統(tǒng)，主控制器往總線發(fā)送控制時序，總線上的其他從燈光設(shè)備接收總線數(shù)據(jù)，提取其對應(yīng)通道的數(shù)據(jù)，完成控制信號的接收。
協(xié)議規(guī)定控制信號數(shù)據(jù)包的傳輸通過異步通信的方式進(jìn)行。一個DMX512數(shù)據(jù)包包含起始碼和512個數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀內(nèi)包含1個起始位(低電平)、8個位數(shù)據(jù)和2個停止位(高電平)，沒有奇偶校驗。DMX512的信號數(shù)據(jù)傳輸率為250 kbps，數(shù)據(jù)幀每位寬度為4μs，發(fā)送一幀需要44μs。一個數(shù)據(jù)幀代表了一路控制通道，因此該協(xié)議支持512路控制通道。一般舞臺燈光設(shè)備可以同時接受多路通道控制。接受的通道數(shù)越多，接收的控制數(shù)據(jù)量也越大，燈光的表現(xiàn)能力也就越強。譬如，某些舞臺激光燈可以根據(jù)需要投射出不同圖案、顏色甚至字符。 DMX512數(shù)據(jù)包的傳輸要符合一定的格式和時序要求。主要包含1個至少88 μs的低電平輸出起始標(biāo)志(Break)、起始碼幀、512個數(shù)據(jù)幀和最后的數(shù)據(jù)包結(jié)束標(biāo)志(高電平)。控制器和接收器只有滿足DMX512數(shù)據(jù)包的時序要求，才能正常完成主從機(jī)之間的通信。具體的信號時序如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 系統(tǒng)設(shè)計框圖
系統(tǒng)設(shè)計的目的是利用無線傳輸代替有線電纜，解決有線布線困難的問題，因此在設(shè)計上必須滿足輕便易安置的條件，以保證與原有線系統(tǒng)無縫結(jié)合。如圖2所示，整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)由微控制器單元(MCU)、射頻收發(fā)單元和電源管理單元3部分組成。

在工作方式上，一方面發(fā)射模塊的MCU單元接收DMX512控制端的總線數(shù)據(jù)，分析并拆解總線數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)經(jīng)過適當(dāng)處理之后通過射頻發(fā)送單元發(fā)送出去；另一方面接收模塊在接收無線數(shù)據(jù)之后，由MCU單元將數(shù)據(jù)整合重組，在接收端總線恢復(fù)DMX512控制信號。這樣設(shè)計的好處是可以將有線和無線傳輸相結(jié)合。在接收端架設(shè)一個無線接收模塊就可以保證該區(qū)域DMX512控制信號得到有效傳輸，并不需要為每個設(shè)備都安置一個無線接收模塊。