关键字：DMX512 泛光 控制 LED
前言：目前LED泛光照明工程常用的技术原理分为2种：基于LED显示屏控制系统的串行移位技术和基于DMX512技术。本文通过对串行移位技术和DMX512技术工作原理和优缺点分析。并通过DMX512灯光控制技术在中远海运大厦室外泛光照明工程中实际应用的详细介绍，指出DMX512灯光控制技术在室外景观照明领域的良好应用和技术发展前景。
一、中远海运大厦项目概况
中远海运大厦为央企中国远洋海运集团位于上海黄浦江畔的总部大楼。总建筑面积7万方。该项目泛光照明工程，建筑体量大，灯具分布结构难点大，灯具种类多，控制系统布局、灯具安装、线路敷设难点高。根据公司领导和浦东新区市容局确定的全景全画面LED动态显示方案，为确保更好更稳定的显示效果，我们对两种基于LED显示屏控制系统的串行移位技术与DMX512技术进行了详细比对分析，确定项目灯光控制系统采用具备数据校验技术DMX512控制模式。
二、串行移位技术与DMX512技术的对比分析
1、LED显示屏串行移位控制系统的工作原理：
LED显示屏串行移位控制系统的数据组织：从正面看过去显示行与显示数据位以及颜色的对应关系。硬件结构决定了每一行的数据可连续排列，同时为了提高数据的读取速度，将所有显示数据均按扫描行、扫描列进行连续排列，可得到存储单元与扫描行、存储单元数据位及颜色的关系。
2、?DMX512协议工作原理：
DMX512协议最先是由USITT（美国剧院技术协会）发展成为从控制台用标准数字接口控制调光器的方式。DMX是Digital MultipleX的缩写，意为多路数字传输。DMX512围绕工业标准EIA485(RS485)接口设计，具有简单性、可靠性以及灵活性等特点。属于数字灯光系统。
每一个DMX控制字节叫做一个指令帧，如图1。数据发送基于一种8位异步串行协议，带一个开始位（低电平）和两个停止位（高电平），没有奇偶校验。因此一个数据帧有11位元。由于每一位的宽度是4祍，所以发送一个帧需要44祍的时间。如果线路要发送一个连续的数据流，则会产生250000b/s的资料率，或称250k波特。8位字对于每个调光器允许以0到255的范围来发送256个独立级别，即256灰度调节。
3、串行移位技术与DMX512技术的优缺点分析：
综合两种控制方式的工作原理，总结一下两种控制技术的优缺点：
(1)、LED显示控制技术在LED显示屏上使用是非常成熟的，但用在LED景观照明工程上却存在缺陷。
（A）LED显示屏集中在一个小的范围内，所有复杂的接线在防水的密闭空间内，但LED景观照明工程中运用的空间范围很大，对接线可靠性要求很高，同时长距离信号传输会产生时序差。同时也要求控制系统集中放置或添加多个中继器。
（B）由于采用串行移位技术，中间任意一个环节出错，会导致出错点往后整条灯具无法正常工作。出错的信息是任意的随机信号，表现的形式是花（乱）屏。出错点包括：灯具接头接触不良或进水，个别灯具电源部分损坏，内部通讯芯片虚焊，个别灯具进水等等。
（C）信号线多，一般为四根信号一根地线共五根线。
（D）由于采用串行移位技术，在防雷上有安全隐患。
图2
(2)、在LED景观照明行业2007年之前，串行移位技术很流行，但也正是串行移位技术的缺点明显，之后DMX512控制技术就开始盛行，但常规的DMX512技术也存在一些技术上的弱点，比如控制数据量小，信号抗干扰能力弱等等，目前先进、成熟的DMX512技术是在原技术原理基础上，经过二次开发改进后的技术运用。
（A）采用总线制连接，每套灯具都是独立工作的，避免串联引起的叠加的问题，大大提高了系统的可靠性。
（B）通过数据校验技术，在传统DMX512技术基础上加以改良，解决了DMX512的最大缺点，不会出现信号干扰现象。传统DMX512采用总线型的数据传输方式，在数据传输过程中容易受到各种现场复杂因素的干扰而导致数据帧中的某些数据位出错，这将导致某些灯具的不规则闪动，我们在DMX512的数据帧中加入8位校验字节，灯具中的软件就可结合这些校验字节对接收到的数据帧进行检查，判断数据帧是否出错，若有出错则进行纠正，从而提高系统运行的稳定性。
（C）因为是总线制连接，就顺理成章的解决了单个灯具的信号防雷问题。
（D）信号线只有二根，连接方便。
（E）基于DMX512的512个字节250K波特率的传输的技术标准，信号总量为512字节， 8个字节用作数据校验，实际使用168个全彩点。相对于串行移位技术来说，信号通道数量有所增加。
三、中远海运大厦泛光照明系统控制模式和系统构架模式：
1、系统控制模式
综合以上两个系统的详细比对分析，中国海运大厦泛光照明系统控制模式最终选用具备数据校验技术DMX512控制模式。且该DMX512模式还解决传统DMX512技术在数据传输过程中容易受到现场各种复杂因素的干扰而导致数据出错的问题，避免系统运行时灯具出现无频率的、不规则的闪动，从而提高系统运行的稳定性，且该系统采用了计算机实时映射技术和精准的GPS时间同步技术，使灯光程序的变化手法更丰富，灯光画面控制的时间精准度更高，还可实现特殊节假日模式特殊时间点的倒计时功能。
2、系统构架模式
项目选用的DMX512控制系统，总控与主控之间，主控与分控之间都采用“星型拓扑结构”网络系统，做到同一级别的控制设备故障不会影响本级别其他设备的正常工作，本系统的信号控制与传输分为三级，如图2所示：
第一级LED图像控制控制计算机与LED视频主控器之间的信号传输，采用直接连接，二者靠近安装，由计算机发灯光控制软件采集编辑的信号，通过DVI视频数据线（长度不超过2米），传输给LED视频主控器；
第二级LED视频主控器与LED工控机之间的连接，采用了星型连接，每套LED视频主控器最多可支持11套LED工控机满通道口的数据传输，二者之间采用非屏蔽超五类网线（UTP-5）连接，距离不超过80米，若二者距离超过80米，需增加光纤传输设备；
第三级LED工控机通过干线制的方式将信号传输给该通道内的灯具，每套灯具都内置程序控制芯片，从信号干线上读取自身需要的控制信号，工控机与灯具之间的连接采用RVS-2*1.0mm2电缆线，每通道最多可支持8段/米的灯具20米。
本系统的星型网络拓扑结构，利于系统集中管理，也解决了级联网络结构的信号传输延时的问题，同时通过DMX512灯光控制协议，使得某套灯具的故障不会影响到其他灯具正常工作，而单套控制设备的故障也仅对该设备控制范围内的灯具有影响，不影响其他灯具及控制设备。信号的传输采用干线制方式，控制系统采用计算机统一管理，做到灯光节目编辑制作、播放、更换和远程控制简单易行。
四、中远海运大厦系统构架介绍：
对于该项目，我公司采用一台计算机，接入INTERNET网络，可实现灯光程序的在线更新和节目组编辑，计算机下行将视频信号传输给2台视频主控器，视频主控通过局域网的光纤传输方式将信号传输给部分设备层内的各个LED工控机，LED工控机同时接入GPS同步控制主机，实现精准的时间同步，对播放的每一帧画面都可以进行时间定位。
1、LED图像控制计算机
计算机配置：四核酷睿i5及以上CPU；4GB DDRIII内存； 1TB 硬盘；1GB及以上独立显存，带VGA，DVI-D双输出显卡；100M网卡；支持1440*900分辨率显示器，内部安装LED视频播放软件。计算机集中放在消控中心，便于管理、维护及程序更换等工作。
2、LED视频主控器
LED视频主控器，集中处理计算机发出的图像控制数据流，并将信号编译、转换，向下通过光纤传输设备传输给LED工控机。视频主控器最大可支持6万多个全彩像素点控制，可支持计算机视频画面分辨率：1440*900、 1280*800、1024*768。
3、LED工控机
LED工控机，接收处理视频主控器发过来的视频数据流，并通过筛选自身需要的这部分数据，再编译转换成DMX512控制协议信号，传输给下端的长距离信号接收器。每套工控机具备最多32个标准的DMX512通道数据转换接口；画面扫描速度：平均大于30帧／秒。高速象素扫描完全避免了灯具显示中的闪烁、拖尾、暗淡等现象，使画面稳定，色彩和谐，过渡平滑。灰度等级：红、绿，蓝分别设有256级调灰，共可显示134,217,728种颜色。其中亮度等级8级。
4、实际显示效果：
项目通过DMX512协议LED控制技术的应用，通过随四季变幻而变换“景色”的灯光展现方式，将现代科技与民族文化巧妙结合，呈现给我们不一样的中远海运魅力！诠释了一幕幕航海人熟悉的奇妙海景；在上海黄浦江畔又增添了一处重要的人文景观。详见实际效果图。
中远海运大厦泛光实际效果图
五、结语：
以上通过基于DMX512协议(含数据校验技术)LED 灯光控制系统在中远海运大厦室外泛光照明工程中的实际案例解析以及实际展现出的良好效果看，含数据校验技术的DMX512协议在中远海运大厦是一个非常成功的运用案例。同时DMX512协议也在不断的的改进和提高。如数据校验技术、基于SD5128的同步DMX512等都在被技术攻克并在项目成功应用，相信改进型DMX512技术在LED 灯光控制领域会有更好的明天。
参考文献：
1、《DMX512控制协议及其实现》武汉理工大学，方福波，刘有缘。2014.4
2、《DMX512数字灯光系统协议介绍》工程科技，王婧。2016.3
论文作者:郑一军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/16
标签：技术论文; 灯具论文; 数据论文; 信号论文; 海运论文; 灯光论文; 控制系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;