基于RDM协议的LED景观照明系统设计及实现

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DMX512协议以简单、高效、实用等特性成为目前景观照明系统主流协议,但随着应用的深入和系统规模的扩大,基于DMX512协议的景观照明系统管控能力无法满足实际应用需求。如何对系统进行改进,实现系统控制规模的扩大、故障点的实时发现和故障定位等成为景观照明控制系统亟待解决的问题。  本文研究了RDM和Art-Net协议,分析了协议的技术特点,针对DMX512协议在实际应用中存在的问题,提出了RDM和Art-Net协议相结合的分布式系统解决方案,在保证DMX512调光数据实时发送的基础上,扩大了景观照明系统控制规模,实现了照明设备运行状态查询和故障的实时检测。本文主要工作总结如下:  (1)分析RDM协议和Art-Net协议各自优势的基础上,提出景观照明系统的分布式系统架构,确定了系统由监控中心、控制器及调光驱动器组成,形成两级网络的体系结构。系统上层由监控中心和控制器组成,采用Art-Net网络通信协议进行通信;系统子网层由控制器和调光驱动器组成,采用RDM协议进行通信。  (2)控制器作为RDM与Art-Net协议转换的节点,需要接收、解析高速以太网数据,并通过多个RS485接口分发数据,数据量较大且任务繁多。微控制器实现以上功能无法满足系统实时性和数据处理的需求,本文提出FPGA+ARM的双核控制器架构解决上述问题。利用FPGA并行、高速数据处理能力,实现网络数据的收发与解析、产生8路DMX512时序、完成DMX512数据的分发、RDM总线数据传输等任务;ARM作为主控器具有较强的任务管理和控制能力,协调FPGA的工作并实现Art-Net与RDM协议转换。  (3)调光驱动器采用控制器与驱动器一体化设计。调光驱动器以8位微处理器SN8F5708为核心,包括LED指示电路、RS485通信电路、电源电路、数据采集电路以及LED驱动电路等。针对UART接口对接收到的数据帧Break起始位判断较难的问题,采用了外部中断和定时判断相结合的方式进行数据帧起始位的判断,实现了数据帧的可靠接收;完成调光数据更新、设备运行参数采集与反馈、设备搜索、参数设置、设备识别等任务。  (4)搭建了系统测试平台,使用wireshark软件抓取网络接口数据进行分析,验证了网络数据的正确性,使用示波器对控制器的发送端口波形进行监测,验证了RDM和DMX512数据的正确性。并对系统的设备搜索、参数设置、花样控制、故障查询与定位等功能进行测试。系统通过持续运行进行稳定性测试。测试结果表明系统各项功能均达到了设计要求,具有实际应用价值。
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