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DMX512燈光協議 在智能家居中能起啥作用

關注:581     發表時間:2016-11-15 09:17:11

基于DMX512控制協議進行調光控制的燈光系統叫做數字燈光系統。目前,包括電腦燈在內的各種舞臺效果燈、調光控制器..

  基于DMX512控制協議進行調光控制的燈光系統叫做數字燈光系統。目前,包括電腦燈在內的各種舞臺效果燈、調光控制器、控制臺、換色器、電動吊桿等各種舞臺燈光設備,以其對DMX512協議的全面支持,已全面實現調光控制的數字化,并在此基礎上,逐漸趨于電腦化、網絡化。因此,對于影視燈光設計與操作人員,理解DMX512控制協議的程序結構、控制原理及其應用要點是十分必要的。

  1 DMX512燈光控制協議

  DMX是Digital MultipleX的縮寫,意為多路數字傳輸。DMX512控制協議是美國舞臺燈光協會(usITT)于1990年發布的燈光控制器與燈具設備進行數據傳輸的工業標準,全稱是USITT DMX512(1990),包括電氣特性、數據協議、數據格式等方面的內容。

  每一個DMX控制字節叫做一個指令幀,稱作一個控制通道,可以控制燈光設備的一個或幾個功能。一個DMX指令幀由1個開始位、8個數據位和2個結束位共ll位構成,采用單向異步串行傳輸,如圖1所示。

  圖1 DMX512定時程序的幀結構(上圖)和信息包結構(下圖)

  圖1中虛線內控制指令中的S為開始位,寬度為一個比特,是受控燈具準備接收并解碼控制數據的開始標志;E為結束位,寬度為兩個比特,表示一個指令幀的結束;D0 D7為8位控制數據,其電平組合從0000~ 一l1111111共有256個狀態(對應十進制數的0~255),控制燈光的亮度時,可產生256個亮度等級,0000~ (0)對應燈光最暗,l1111111(255)對應燈光最亮。DMX512指令的位寬(每比特寬度)是4 s,每幀寬度為44 弘s,傳輸速率為250 kbps。

  一個完整的DMX512信息包(Packet)由一個MTBP位、一個Break位、一個MAB位、一個SC和512個數據幀構成。MTBP(Mark Time Between Packets)標志著一個完整的信息包發送完畢,是下一個信息包即將開始的“空閑位”,高電平有效。Break為中斷位,對應一個信息包結束后的程序復位階段,寬度不少于兩個幀(22比特)。程序復位結束后應發送控制數據,但由于每一個數據幀的第一位(即開始位)為低電平,所以必須用一個高電平脈沖間隔前后兩個低電平脈沖,這個起間隔、分離作用的高電平脈沖即MAB(Mark After Break),此脈沖一到,意味著“新一輪”的控制又開始了。SC(STart Code)意為開始代碼幀(圖1中的第0幀),和此后到來的數據幀一樣,也是由11位構成,除兩個高電平的結束位之外,其他9位全部是低電平,通常將其叫做第0幀或第0通道(Ch~nel No 0),可理解為一個不存在的通道(NON一~istent Channe1)。

  

DMX512信息包定時表

  表1是DMX512信息包的定時表,表中NS意為Nm Spec~ed,寬度沒有嚴格限制,由程序設計者自行決定,比如MTBP的寬度可以介于0~1秒之間。

  調光控制臺每發送一個信息包,可以對全部512個受控通道形成一次全面的控制。發送一個信息包的時間大約是23Ⅱls,每秒鐘將對所有512個受控通道完成44次控制,即受控光路的刷新頻率44 Hz,如果實際受控通道少于512個,那么刷新頻率將相應提高。

  2 DMX512協議的基本作用機理

  一個DMX接口最多可以控制5l2個通道,因為電腦燈一般都有幾個到幾十個功能,所以。一臺電腦燈需占用少則幾個、多則幾十個控制通道。下面通過一個功能簡單,通道較少的小型電腦燈的DMX通道表,看一下DMx5l2的控制過程與原理。

  該電腦燈有八個DMX控制通道,一個顏色輪,兩個圖案輪,具有調光、頻閃、搖頭及變換光線顏色、圖案等功能,其DMX通道序號、通道編碼和對應功能如表2所示。

  表2 電腦燈DMX通道表

  表2中的DMX數值用十進制數表示,0 7對應8位控制數據的二進制組合為00000~0 000001 1 1.

  232~255對應的二進制組合為11101000~11111111,其他以此類推。將DMX協議中某一指令幀的部分或全部8位二進制組合形成電腦燈某~功能轉換或狀態變化的這一過程即解碼與控制。

  從DMX通道表中可以清楚地看出電腦燈功能、通道數及其對應關系,是計算一個DMX接口所帶單元負載數目及設置起始地址編碼的重要依據。比如,像這種只有8個通道的電腦燈,一個DMX接口可以控制的數量為64臺(512/8=64)。如果另一電腦燈的DMX通道數為20,那么一個DMX接口可以控制的數量則為25臺(512/20=25.6,舍去余數)。

  3 DMX5 12控制協議的若干應用問題

  應用DMX512協議控制數字燈光設備時,還需要對DMX接口的應用特點、起始地址碼、單元負載及信號終端器等問題有所了解。

  3.1 DMX接口的應用特點

  DMX512標準規定DMX接口用5芯卡依口,其中1芯接地,2,3和4,5芯傳輸控制信號(2,4為反相端,3,5為同相端),4,5芯原打算傳輸燈光設備的狀態及錯誤檢測等信息,后來閑置不用。之所以要求用5芯卡依口而不是更為常見的3芯卡依口,是為了防止不小心和專業音響上常用的3芯卡依口產生誤連接,因為音響設備上連接電容話筒的3芯卡依口可對外提供48 v的幻像電壓,這種錯誤連接,極易燒壞內部電路。盡管如此,很多電腦燈還是采用了3芯卡依口,如出現兩種卡儂口并存的情況,要用轉接器予以正確轉接。

  所有數字化燈光設備均有一個DMX輸入接口和一個DMX輸出接口,DMX512控制協議允許各種燈光設備混合連接,在使用中可直接將上一臺設備的DMX輸出接口和下一臺設備的輸入接口連接起來。不過需要清楚的是,這種看似串聯的鏈路架構,對DMX控制信號而言其實是并聯的。因為DMX控制信號進入燈光設備后“兵分兩路”(見圖2),一路經運放電路進行電壓比較并放大、整形后,對指令脈沖解碼,然后經驅動電路控制步進電機完成各種控制動作;另一路則經過緩沖、隔離后,直接輸送到下一臺燈光設備。另外,從圖2中運放所具有的電壓比較作用不難得出這樣一個結論:利用運放電路很高的共模抑制能力,可以極大地提高DMX控制信號的抗干擾能力,這就是為什么DMX512控制信號采用平衡傳輸的原因。

燈光設備DMX接口簡化電路

 

  3.2 起始地址碼

  基于DMX512控制協議的每臺燈光設備都需要被賦予一個數字啟動地址編號,這個地址編號即該燈光設備的地址碼。地址碼用于DMX512控制信號的尋址,以保證設備只對屬于“自己的”控制信號產生反應。

  地址碼其實是燈光設備控制通道的起始序號。

  當DMX512信息包的通道號(幀序號)與某燈光設備的地址碼即所賦予的通道起始序號相同時,設備就開始對DMX512控制信號進行解碼并產生控制動作。與此同時,其他處于同一條鏈路上的燈光設備對DM~ 12控制信號沒有反應。直到DMX512信息包的控制通道號過渡到與下一臺燈光設備所賦予的通道起始序號相同時,該設備停止受控,同時下一臺燈光設備的地址碼發揮作用,處于受控狀態。

  以電腦燈為例,假設某DMX控制端口驅動若干臺電腦燈,則第一臺電腦燈的起始地址碼是001,第二臺電腦燈的起始地址碼是001加第一臺燈的DMX通道數,以此類推。比如,第一、第二臺電腦燈的通道數分別為l6和20,則第一臺電腦燈的起始地址碼是001,第二臺電腦燈的起始地址碼是017,第三臺電腦燈的起始地址碼是037。最后一臺電腦燈的起始地址碼與其通道數相加不能超過512,如還有剩余的電腦燈,則應啟用控制臺的下一個DMX控制接口。

  數字燈光設備起始地址碼的設置方式有數字式和撥碼式兩種,總體上設置方法比較簡單。

  3.3 電腦燈的單元負載(Units of Load)

  根據DMX512協議標準,每個DMX接口在所控制燈具的總通道數不超過512個的前提下,最多只能控制32個單元負載。當電腦燈、硅箱、換色器或其他支持DMX512控制協議的燈光設備多于32個,但控制通道總數遠未達到512個時,可采用DMX分配器,將一路DMX信號分成多個DMX支路,一方面便于就近連接燈架上的各燈光設備,另一方面每個支路均可驅動32個單元負載。不過屬于同一DMX鏈路上的各DMX支路所控制的通道總數仍不能超過512個。

  3.4 DMX終端器fDMX Terminator)

  DMX終端器是一個接在每一DMX支路最后一臺燈光設備DMX輸出接口上的卡儂口連接器,連接器要連接一只阻值120 Q、功率1 W 左右的電阻器,使每一DMX支路的末端處于閉合狀態。由于DMX控制脈沖頻率較高,當傳輸線路不通時具有原路返回的天性,這樣,原路返回的信號會和后來的信號相疊加,極易造成DMX控制指令產生誤碼,使電腦燈不能正常解碼,出現動作錯誤或控制失靈的現象。

  因此,在最后一臺電腦燈的DMX輸出接口上接入一個終端器,有利于保證電腦燈的穩定工作。

  4 小結

  和傳統的模擬調光系統相比,基于DMXS12控制協議的數字燈光系統,以其強大的控制功能給大、中型影視演播室和綜藝舞臺的燈光效果帶來了翻天覆地的變化。但是DMX512燈光控制標準也有一些不足,比如速度還不夠快,傳輸距離還不夠遠,布線與初始設置隨系統規模的變大而變得過于繁瑣等,另外控制數據只能由控制端向受控單元單向傳輸,不能檢測燈具的工作情況和在線狀態,容易出現傳輸錯誤。后來經過修訂完善的DMX512一A標準支持雙向傳輸,可以回傳燈具的錯誤診斷報告等信息,并兼容所有符合DMX512標準的燈光設備。另外,有些燈光設備的解碼電路支持12位及12位數據擴展模式,可以獲得更為精確的控制。


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