剧场舞台专用灯光网络节点控制器的设计

剧场舞台专用灯光网络节点控制器的设计 作者：蒋其泓 来源：《电子技术与软件工程》2015年第23期 摘 要结合实例对剧场舞台专用灯光网络节点控制器在部分大型剧院中做了相关的探讨，以供参考。 【关键词】大型剧院 舞台专用灯光 网络节点控制器 1 节点控制器的总体介绍 舞台专用灯光网络节点控制器是利用专用灯光网络MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714078681601_1（sACN和Artnet）通过以太网数据映射从而向普通的DMX灯光协议成功转化，将网络灯光数据变成多个串口数据，然后同步向诸多设备进行分送，最终让最终端的普通灯光设备均能成为整个网络控制系统内。在后期的工程运用实践及实验过程中，我们要持续改善它，并以下面三方面为重点进行进一步研究，从而提升节点控制器的性能。 （1）因亮点数据对实时性的要求较高且在网络上出现的频率较高，因此，要针对FPGA上串口信号变化的反应度展开研究，从而避免出现网络阻塞的情况出现。同时，当亮度数据没有出现变化的时候，应自动地将网络数据之间的传输间隔缩短，有利于节省网络资源。 （2）给出了多串口的FPGA实现手段，让软件实现硬件可编程方式，从而致使所有串口均可以实时双向发送接收频率为250kb/s的DMX512信号，最终实现八个独立的DMX512通道传输。 （3）确定了最佳的网络接口芯片，促使端口AutoMDI/MDIX自适应与10M/100M以太网络自适应功能实现。 2 灯光网络节点控制器的多串口部分设计 依靠FPGA实现多个串口。由于FPGA的资源很丰富，在FPGA中可实现缓冲内存的功效，如此既为维护提供方便，又能简化电路。应用FPGA是指把整个系统设计为诸多模块，八个双口RAM模块分门别类地与八个串口相对应，每一个串口模块均可通过对状态寄存器值的设置来实现接收或发送串口。在把某个串口设置为发送模式后，串口模块从FPGA的定时器确定每个30ms发一帧。 之所以选择信号帧的周期为30ms，是因为DMX512信号帧是由零号数据、一个头为88us的低电平以及512个亮度数据构成的。而每个数据均由总数多达11位，其中有数据位8个、启始位、结束位、状态位各一个。如果要继续保持250kbs的速率发送数据，且传输数据的时间为44us的话，那么就应当尽可能地确保发完一帧数据的时间大概是23ms。此外，要考虑数据的帧与帧之间的预留时间，唯有如此才可确保串口模块30ms发一帧彻底达标。但是MCU只需要在更新数据的过程中将每一个串口对应的双口RAM内写入，让串口模块定时地读入数据并依据固定帧格式传送出去。所以，此类机制让MCU无须把很多宝贵的系统时间耗在搬运数据上，让系统的运行变得愈加准确和效率，进而提升产品的安全性与可靠性。在FPGA中设计了串口发送模块、双口RAM模块以及串口接收模块这几个主要的应用模块。 3 对数据传输阻塞的自动判别设计 由于该网络节点控制器支持串口多达4至8个，串口模块寄存器内的值决定了每个串口所处的状态，究竟是发还是收。然而，一旦全部串口均处在接收状态，此类串口向双口RAM里写数据几乎是同步的。为了确保灯光数据达到实时性的要求，MCU必须先尽可能地从双口RAM内提取出数据，并打包为网络数据包，然后经以太网进行传送。但是，每一串口接收到的数据帧与帧之间的间隔时间也许就只有25ms至30ms，此时数据流量会迅速变大。由于MCU的整体数据的处理能力受限，因此这个时候的系统会变得相当繁忙，这既不利于整个系统的稳定性。通常而言，我们不能限制或减少控制台传输过来的DMX512数据，也许接收到的数据是一帧接着一帧的。有人会想，这会影响到MCU系统吗？下面将以产品的实际工作状况为入手点寻找出解决措施。 结合通常灯光控制的经验，我们可知，每场表演或晚会中的每一路灯光数据并非一直在实时变化的。尽管DMX512信号数据在发出时是一帧接着一帧的，然而在大多数时间中其亮度信号值是一致的。从这可看出，若FPGA可成功地对前后两帧数据是不是一致进行判断，那么此问题也就可以随之解决。也就是说，若前后两帧数据值是一致的，那么MCU就能不发送新数据包给网络；若不同，则应重新对数据包进行更新。如此即可大大减少网络数据流量，同时节约系统处理时间。 如何进行比较呢，由于这个时候MCU具备双口RAM的切换操作控制权，而FPGA并不支持对某块内容进行直接提取与控制。然而通过一系列分析，我们可采用合理手段对双口RAM模块功能进行设计已处理好这类问题。由于串口中每一个接收到的字节数据是放在一个特定的变量中。但是从双口RAM的特征上来说，前一帧的相同路径的数据当进入双口RAM之后会在设计好的UART_RAM1_b变量中出现。通过对如今双口RAM单元内的数据与该变量数据的对比，即可对前后两帧灯光数据是不是一致的进行判别。 4 产品测试和系统分析 灯光网络协议与网络实现连接后，可利用ARTNET网站上的免费的ArtView软件进行测试。采取一根交叉八芯的普通网线连接好以太网络转接器与PC机，把PC机网卡的IP地址设置为2.0.0.1，这种软件界面即可显示出已与网络转接器连接。同时，其左下角的工具栏内即会出现，IP地址为2打头的，有灯光网络节点位置与网络相连。 第一步，接收DMX512，并逐步转变成灯光网络数据包，再传送到以太网的测试中。以一个灯光控制台将DMX512信号发送出去，由转接器的485串口端接收。同时，要与这个控制台相连接的串口设置为接收状态，且转变为Universe1的网络数据。 实际上，转接器是依靠PC机与网线连接起来的。若转接器处于正常工作状态，那么在PC机的测试软件上即可见到512路信号的所有值。一旦控制台发布的512路灯光亮度信号为32%，图2为软件数据界面。 从界面的左下角中我们可见，此512路数据是放置于灯光网络数据包的组Universe1内，每一路的值均能接收到，且数据全对，显示32%。 第二步，在节点控制器内转换pc机发灯光网络数据包，使之变成DMX512信号的测试，应用一个专业的测试软件，到发送菜单界面选定Artnet组Universe1。 紧接着对DMX512信号开展验证实验，把任意选定节点控制器的一个串口，将其设置成发送状态，假如收到的灯光网络数据包为Universe1，那么串口会自动地将DMX512数据发送出去，通过专用级示波器可查看到串口的数据格式。 图3为示波器的实际显示图，从中我们可发现DMX512的头数据。手册规定，数据头低电平务必要超过88us，而我们设计出的产品为92us。 示波器的实际显示详见图4，从图中我们很容易看出一路亮度数据单元，此单元宽度为44us。 由于DMX512的速率是250Kbs，每一个单元是由停止位与起始位构成的，其中二者的总数为11位，每一位为4us，这与DMX512数据 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 彻底相符。依靠上面的测试流程可知，此款转接器信号稳定达标。 5 设计 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 该剧场舞台专用灯光网络节点控制器在部分大型剧院中已投用了一段时间，由于其设计具有穿孔的特征，对具备大量电脑灯等智能灯以及对灯光艺术效果要求很高的表演场合最为适用。为此，我们会对其实际应用过程中的表现进行持续关注与升级，让该产品的实用性、安全性、可靠度以及维修性与实际应用场合相符，从而能更好地在舞台剧场的演出中发挥出作用。 作者单位 中国艺术科技研究所舞台设备检测中心 北京市 100061 继续阅读