戶外景觀LED控制系統(tǒng)的4個技術(shù)限制及解決方案

一份出色的LED控制系統(tǒng)方案，應(yīng)在實(shí)現(xiàn)LED控制系統(tǒng)的項(xiàng)目要求的基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)方案應(yīng)更多的為控制系統(tǒng)的靈活調(diào)整、數(shù)據(jù)備份及拓展延伸等方面做出考慮。

在LED控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方面，我們要考慮2個大方向的問題：

1、技術(shù)局限：LED控制系統(tǒng)各個部分的性能參數(shù)及限制因素;

2、解決方案，針對項(xiàng)目功能要求進(jìn)行相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)。

技術(shù)局限

一、通訊傳輸局限性

通訊傳輸主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

(1)控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸

目前市面大部分控制器之間數(shù)據(jù)傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，線材選用一般不低于超五類雙絞線。按照標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，單根網(wǎng)線的線距不超過100米。

然而在現(xiàn)場應(yīng)用中常常遭遇控制器之間超出100米線距的情況，如遇到該情況，一般采用光纖傳輸?shù)慕鉀Q方案。目前光纖技術(shù)已經(jīng)十分成熟，且綜合造價(jià)費(fèi)用甚至比網(wǎng)線還要低一些。在景觀亮化項(xiàng)目上多采用單模光纖傳輸，線距可達(dá)15Km。

一般在小型控制系統(tǒng)上，每臺控制器上皆插有SD存儲卡，故不會采用網(wǎng)線進(jìn)行動畫數(shù)據(jù)上的傳輸，而是通過RS232/485之類協(xié)議進(jìn)行同步幀的傳輸。線距一般在150米左右。當(dāng)然也會有一些控制器針對該部分進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，如MR-502控制系統(tǒng)的同步線可達(dá)1.2Km。

(2)GPS同步的信號探頭的線距

目前GPS同步應(yīng)用在戶外景觀領(lǐng)域已經(jīng)十分普及，一般情況GPS探頭采用PS/2接口與控制器相接，線距一般在2米左右，探頭通過吸鐵貼合于金屬防雨箱頂部。

然而在現(xiàn)場存在一些特殊情況，導(dǎo)致該線距達(dá)不到實(shí)際要求及該地區(qū)GPS信號強(qiáng)度較弱，故按照以往的應(yīng)用都是通過增加延長線并嘗試不同的探頭置放位置來解決，在現(xiàn)場應(yīng)用中十分繁瑣復(fù)雜。

但是小小的困難是難以阻擋技術(shù)發(fā)展的碾壓，目前就已經(jīng)出現(xiàn)了GPS無線信號放大轉(zhuǎn)發(fā)器，如MR-G2AFS無線GPS放大轉(zhuǎn)發(fā)器，通過GPS增強(qiáng)信號接收器來接收GPS同步信號，標(biāo)配30米數(shù)據(jù)線，通過無線模塊轉(zhuǎn)發(fā)于GPS同步主控器端，以達(dá)到GPS同步信號的強(qiáng)度與精度。

(3)控制系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)的無線傳輸

在工程實(shí)施過程中，會遇到現(xiàn)場不存在通訊數(shù)據(jù)線材鋪設(shè)的條件，如樓宇之間無法鋪設(shè)光纖與網(wǎng)線，再如特殊景觀建筑物(如摩天輪)等情況，是無法采用有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

那么無線方式傳輸大量數(shù)據(jù)就成為技術(shù)屏障，目前可采用電信級大功率無線網(wǎng)橋來解決該問題，如科訊Commsen無線設(shè)備，一般通過大功率無線網(wǎng)橋可實(shí)現(xiàn)3-10Km的無線傳輸。當(dāng)然無線傳輸距離越大，其無線網(wǎng)橋功率要求越大，同時相對于傳輸數(shù)據(jù)量亦會相應(yīng)減少一部分。

二、驅(qū)動信號傳輸局限性

在控制系統(tǒng)應(yīng)用中，常會遇到客戶咨詢，控制器到燈具的驅(qū)動信號傳輸距離有多少這一類的問題，答案是具體情況，具體分析，具體解決。情況有二：

(1)SPI串行驅(qū)動方式

在SPI串行驅(qū)動方式中，驅(qū)動芯片采用TTL電平信號傳輸數(shù)據(jù)。一般控制器至首燈之間的距離在

40-60米之間。如超過此距離，一般可加設(shè)差分板，將TTL電平信號轉(zhuǎn)化為差分信號進(jìn)行傳輸，至首燈前在轉(zhuǎn)換為TTL電平信號來控制燈具，一般距離可達(dá)150米。

(2)DMX512雙線并行驅(qū)動方式(標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)

在DMX512雙線并行驅(qū)動方式上，驅(qū)動芯片采用DMX512差分信號進(jìn)行傳輸，一般控制器至首燈之間的距離可達(dá)100米。如超過此距離，一般可加設(shè)DMX512中繼器，安裝于首燈前可將DMX512重新驅(qū)動，一般距離達(dá)到150-200米。

三、不同系統(tǒng)聯(lián)控的局限性

目前在項(xiàng)目需求上出現(xiàn)越來越多不同系統(tǒng)聯(lián)控的要求，主要集中于兩方面：不同廠家的戶外景觀LED控制系統(tǒng)聯(lián)控，以及不同類型的控制系統(tǒng)聯(lián)控的要求。

在一般意義來上講，不同廠家的戶外景觀LED控制系統(tǒng)是不可能聯(lián)控的。因?yàn)獒槍γ恳粋€廠家的控制系統(tǒng)其內(nèi)部的通訊協(xié)議皆為首要核心技術(shù)，一般情況是難以開放彼此核心協(xié)議。那么只能夠在相對技術(shù)保護(hù)的情況下，開放出一些類型協(xié)議提供給上一級聯(lián)控端。

而不同類型的控制系統(tǒng)聯(lián)控，如音樂噴泉與LED控制系統(tǒng)聯(lián)控，LED大屏幕與LED控制系統(tǒng)聯(lián)控，舞臺燈光系統(tǒng)與LED控制系統(tǒng)聯(lián)控等多種聯(lián)控模式

技術(shù)解決方法如下：

(1)采用DVI輸出方式

針對每一家控制系統(tǒng)采用DVI屏幕截取的輸出方式，如MR-MC01 DVI主控器，那么在上一級聯(lián)控即可不安裝其自身的上位機(jī)軟件，僅需要在聯(lián)控端計(jì)算機(jī)上預(yù)留屏幕截取的位置播放所需視頻即可。

該解決方式可解決不同廠家的戶外景觀LED控制系統(tǒng)聯(lián)控的問題，以及LED大屏幕與LED控制系統(tǒng)聯(lián)控的問題。

(2)采用UDP、RS232、DMX512等協(xié)議指令，由控制系統(tǒng)廠家提供給上一級聯(lián)控端，聯(lián)控端按照要求的協(xié)議指令，即可用第三方聯(lián)控端設(shè)備對LED控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，如場景切換、亮度調(diào)整、播放速度等技術(shù)參數(shù)。

四、成像點(diǎn)密度的局限性

成像點(diǎn)密度通俗來講即為像素點(diǎn)分辨率，是單位面積內(nèi)像素點(diǎn)的數(shù)量，是LED燈具顯示效果的重要參數(shù)。兩點(diǎn)成線，三點(diǎn)成面，一般來講完整顯示一個漢字，至少16個像素點(diǎn)的高度(不可低于12像素點(diǎn))。

目前項(xiàng)目上很多LED洗墻燈與線性燈，1米燈管一般即為1-2像素點(diǎn)，點(diǎn)密度比較低，那么這樣大功率的燈具適用于重視光效的泛光照明，不能夠用來顯示動畫視頻。

該部分內(nèi)容實(shí)為LED景觀亮化的常識性知識點(diǎn)，但是在很多項(xiàng)目上常常遇到犯此錯誤的從業(yè)技術(shù)人員，不可不察也。

解決方案

面對層出不窮的項(xiàng)目要求，技術(shù)解決方案也在日新月異的變化之中，今天我們來講一下特殊的技術(shù)方案。

一、移動端上位機(jī)

在常規(guī)控制上，一般上位機(jī)都是采用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟、應(yīng)用普及。其缺點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)體積較大，不利于移動，人機(jī)交互體驗(yàn)平庸無奇。

如在展廳、展館等應(yīng)用領(lǐng)域上，采用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制，展示力度不夠，那么移動端上位機(jī)技術(shù)即應(yīng)運(yùn)而生。

MR-Android控制系統(tǒng)基于Android移動終端設(shè)備為控制系統(tǒng)上位機(jī)，通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP與UDP協(xié)議，連接MR-208系列控制器，實(shí)現(xiàn)對LED燈具的有效控制。

MR-Android控制系統(tǒng)的架構(gòu)組成，如下：

1、AnyTouch軟件，基于安裝Android系統(tǒng)的移動終端設(shè)備，如手機(jī)、平板電腦等;

2、無線路由器，支持Wi-Fi通訊的無線路由器，具備Rj-45的LAN端口;

3、MR-208系列控制器，型號細(xì)分為MR-208A/D/DW等，支持SPI串行驅(qū)動芯片、DMX512驅(qū)動芯片及具備自動編址的DMX512驅(qū)動芯片;

4、軟件終端可導(dǎo)入工程布線圖，支持對控制器編號，端口及點(diǎn)位的設(shè)置;

5、AnyTouch軟件可導(dǎo)入動畫素材，如AVI、MP4等多種視頻格式;

6、AnyTouch軟件支持調(diào)色盤、觸摸筆劃等多種Touch方式，實(shí)時對LED燈具的實(shí)時控制。

二、RS232第三方設(shè)備對LED控制系統(tǒng)進(jìn)行控制

在LED戶外景觀亮化工程中，采用具備RS232接口的第三方集控設(shè)備，對LED控制系統(tǒng)與其他類型控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)控。

故LED控制系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)此功能，需在第三方控制設(shè)備與LED控制系統(tǒng)之間加設(shè)RS232-TCP轉(zhuǎn)換器，將其協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

MR-R2TCP轉(zhuǎn)換器將RS232協(xié)議指令轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議指令，支持動畫片段選擇，動畫播放速度、燈具整體亮度調(diào)整以及燈具白平衡調(diào)整。

三、DMX512燈控臺對LED控制系統(tǒng)進(jìn)行控制

目前舞臺燈光項(xiàng)目，以及部分LED戶外景觀項(xiàng)目中，可見采用DMX512控制臺來對LED燈具進(jìn)行聯(lián)控等，如采用DMX512燈控臺對舞臺燈光系統(tǒng)進(jìn)行控制的同時，再控制大量的LED景觀照明的燈具。

因需要大量的DMX512通道，DMX512控臺通道滿足不了要求，只能選用LED控制系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，再由DMX512燈控臺來控制LED控制系統(tǒng)。故DMX512控制臺與LED控制系統(tǒng)之間需加設(shè)一臺MR-D2TCP轉(zhuǎn)換器。

MR-D2TCP轉(zhuǎn)換器將DMX512協(xié)議指令轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議指令，支持動畫片段選擇，動畫播放速度、燈具整體亮度調(diào)整以及燈具白平衡調(diào)整。

其方案拓?fù)淙缦拢?/p>

四、雙機(jī)熱備應(yīng)用

雙機(jī)熱備指基于Active-Active方式的上位機(jī)端的運(yùn)行備份。上位機(jī)的故障可能由各種原因引起，如設(shè)備故障、操作系統(tǒng)故障、軟件系統(tǒng)故障等等。

從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)上看，除非是簡單地重啟上位機(jī)(可能隱患仍然存在)，否則往往需要幾個小時以上。而如果技術(shù)人員不在現(xiàn)場，則恢復(fù)運(yùn)行的時間就更長了。

而對于一些重大項(xiàng)目而言，用戶是很難忍受這樣長時間的運(yùn)行中斷的。因此，就需要通過雙機(jī)熱備，來避免長時間的控制系統(tǒng)運(yùn)行中斷，保證系統(tǒng)長期、可靠的服務(wù)。

在戶外景觀控制系統(tǒng)中，上位機(jī)(或脫機(jī)主控)作為控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲及發(fā)送端，工作狀態(tài)的要求十分嚴(yán)格，而常規(guī)控制系統(tǒng)中上位機(jī)常常僅選用單臺。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障的時候，控制系統(tǒng)即會出現(xiàn)整體癱瘓的情況。

而”雙機(jī)熱備“功能在戶外景觀控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分罕見(尤其在國內(nèi)控制系統(tǒng)中)，且造價(jià)十分昂貴，即便采用了雙機(jī)結(jié)構(gòu)，僅僅達(dá)到備用機(jī)的作用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到雙機(jī)熱備的功能要求。

MR-雙機(jī)熱備控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)與脫機(jī)控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)架構(gòu)如下：

聯(lián)機(jī)系統(tǒng)雙機(jī)熱備架構(gòu)圖

脫機(jī)系統(tǒng)雙機(jī)熱備架構(gòu)圖

五、環(huán)境光控系統(tǒng)的應(yīng)用

LED照明的優(yōu)勢即為節(jié)能環(huán)保照明，而在環(huán)境光控領(lǐng)域就突出體現(xiàn)了LED控制系統(tǒng)不僅僅是作為編播效果控制，同時也具備了節(jié)能環(huán)保的突出特點(diǎn)。

環(huán)境光控通過采集環(huán)境光照的強(qiáng)度，通過環(huán)境光控制器來實(shí)時控制LED燈具顯示的亮度值。

如在剛?cè)胍沟臅r候環(huán)境光照強(qiáng)，燈具即顯示亮度高，以便效果醒目突出，而在深夜時，環(huán)境光照弱，燈具即顯示亮度低，以便達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。同時亮度的強(qiáng)弱變化范圍可自定義設(shè)置。

六、LED燈具智能檢測

若論在LED景觀照明領(lǐng)域，2015最熱捧的技術(shù)是什么?那么很多人都會想到LED燈具的智能檢測功能。

LED燈具的智能檢測主要集中于如下幾方面進(jìn)行檢測：

(1)燈具各通道所消耗的電流值;

(2)燈具所消耗的電壓值;

(3)燈具的核心溫度;

(4)燈具的運(yùn)行時間;

(5)燈具制造信息;

在DMX512控制系統(tǒng)中，根據(jù)DMX512控制系統(tǒng)傳輸調(diào)光控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制。應(yīng)用系統(tǒng)中控制數(shù)據(jù)不間斷地從控制器發(fā)出，經(jīng)由數(shù)據(jù)總線單向傳輸至LED燈具。

由于DMX512協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)沒有明確定義通訊的逆向傳輸，用戶不能通過控制系統(tǒng)檢測LED燈具的工作狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)讓用戶能通過控制系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)控LED燈具工作狀態(tài)，RDM(遠(yuǎn)程設(shè)備管理)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

因此，RDM與DMX512是緊密關(guān)聯(lián)的，其主要作用是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備管理，實(shí)現(xiàn)這個作用的物理傳輸平臺是基于DMX512系統(tǒng)架構(gòu)。

MR控制系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)用戶對LED燈具的實(shí)時監(jiān)控的應(yīng)用需求，在DMX512控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上推出RDM應(yīng)用功能，通過RDM控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)針對LED燈具工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。

MR控制系統(tǒng)針對RDM燈具檢測功能，其中包括電壓、電流及溫度的自動檢測功能。

在RDM控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案中，包含上位機(jī)軟件、控制器、解碼芯片、電壓檢測電路、電流檢測電路及溫度檢測檢測電流等必要組成部分。

本次我們概述了戶外景觀LED控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中常遇到的技術(shù)局限及一些解決方案，面對如山如海的控制系統(tǒng)方案，視為滄海之一粟，希望更多的用戶、同行能夠更多的交流與溝通。