基于DMX512協議的燈光控制信號無線傳輸設計

引 言
隨著數字化技術和計算機技術的廣泛普及，舞臺和演播廳等燈光控制系統由傳統的模擬控制轉變?yōu)閿底?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制">控制。為了解決各廠家設備兼容性問題，美國劇場技術協會(USITT)制定了DMX512協議標準。由于該協議簡單實用，目前幾乎所有的燈光及舞臺設備生產廠商都支持該控制協議，使之成為燈光控制的國際標準。由于協議規(guī)定DMX512信號通過EIA-485有線線纜進行傳輸，這就造成在條件不利于有線布線的環(huán)境下設備安裝困難。因此，設計一種短距離無線通信系統來代替有線線纜完成信號的傳輸就顯得十分必要。

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

2 系統硬件設計
2．1 系統設計框圖
系統設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，因此在設計上必須滿足輕便易安置的條件，以保證與原有線系統無縫結合。如圖2所示，整個系統的硬件結構由微控制器單元(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控制端的總線數據，分析并拆解總線數據，然后將數據經過適當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據之后，由MCU單元將數據整合重組，在接收端總線恢復DMX512控制信號。這樣設計的好處是可以將有線和無線傳輸相結合。在接收端架設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，并不需要為每個設備都安置一個無線接收模塊。