无极灯的数字化智能化与网络化系统设计-【新闻】

随着90年代以来全世界兴起的数字化、智能化、网络化浪潮，现有的无极灯技术已经全面落后于时代的发展，为此我们有必要跟随时代的步伐，把无极灯数字化、智能化、网络化。

无极灯的数字化：传统高频无极灯技术一般基于自激振荡电路来实现高频频率的产生和半桥电路的驱动，电路简单，成本低，但后果是一致性差，驱动效率低。如果改为数字电路来产生频率信号并采用专用的驱动芯片来作半桥驱动，则可以大大改善产品的性能和一致性。在这点上，低频无极灯的数字化走得比较早，从一开始发展时就基本上采用了数字化的技术。高频无极灯，频率信号发生可用MCU、数字时钟电路、晶振等电路技术来实现，但由于工作频率较高，从一致性、稳定性、成本等各方面评估，晶振是最好的选择，既避免了数字时钟电路的温漂和精度问题，又比MCU的成本来的更低。

无极灯的智能化：由于低压气体放电灯的特点，不论是高频还是低频无极灯，都存在着功率、效率收气温影响的缺陷，另外由于磁性材料的特性，开机后需要较长的时间才能达到稳定工作的状态，这些缺陷限制了无极灯的应用范围，有时候也会造成对无极灯的不良评价。无极灯的智能化主要解决两方面的问题，一是功率恒定，而是可大范围调光，这些技术，是高低频产品的通用技术。无极灯的恒功率技术，可以通过以下几种途径实现，一是调节半桥放大电路的脉宽，或者说占空比来实现，二是调节频率来实现，三是调节电压来实现。实现的方法，一般都是通过MCU来监控输入功率或输入电流，根据采样得到的数据，调节相应的脉宽、频率或电压从而实现恒定功率。这三种技术在开关电源领域都是非常成熟的技术，有20年以上的大规模成熟应用案例，当然智能化的前提是数字化，没有无极灯的数字化，是不可能谈智能化的。

无极灯的网络化：随着照明技术的发展，照明领域的网络化和远程监控技术需求越来越明确，尤其是随着LED这样的照明技术出现，网络化和远程监控已经成为照明技术的标准配置，无极灯如果不能跟上这个潮流，就会被边缘化。网络化的途径也可以有多种选择，一是基于电缆的有线技术，目前能够选择的协议有很多种，如485BUS，CAN BUS，以太网技术等等，二是基于无线通信的无线技术，目前比较常见的有GSM，CDMA，GPS，3G，ZIGBEE等等。至于远程监控的做法，也有很多种，目前最为流行的有DMX和DALI两种。

1、系统方案

以太网(Ethernet)是当前应用最普遍的局域网技术。IEEE制定IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准，规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网(100BASE-T、1000BASE-T标准)为最大程度的减少冲突和提高网络速度和使用效率，通常采用交换机(Switch)来进行网络连接。TCP/IP是最普遍使用的数据传输协议，TCP 协议负责把数据分成若干个数据包，并给每个数据包加上包头，包头上有相应的编号以保证在数据接收端能将数据按顺序还原为原来的格式。IP 协议在每个包头上再加上接收端设备地址，数据包可以准确寻址。如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP 协议会自动要求数据重新传输，有效保证了通信的可靠性。

DMX512是当今使用最广的灯光通讯协议， USITT(美国剧院技术协会)把Colortran 公司的CMX192中的Band rate 从153.6Kbit/s提升至250Kbit/s，把192CH变为512CH，因该协议结构简单、成本低、容易理解而得到广泛使用。DMX512控制线采用5针XLR(有时候是3针)连接设备，规范中建议用两对导线(4 个连接口)来实现屏蔽，虽然通常只是需要其中一对，第二对导线用于未指定的可选场合中。一些调光器使用这些线来指示故障和状态信息。如果调光器用第二个信道，则需要专门配置的分路器和中继器。

RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。RS-485 标准定义了一个基于单对平衡线的多点、双向(半双工)通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。RS-485接口可平衡传输，多点通信，最大总线负载可达32个单位负载(UL)，最大传输速率可达10Mbps，速率低于100kbps时，最大电缆长度可达4000英尺。RS485只规定物理层，留给各厂商充分利用空间。很种现场总线，包括DMX512的物理层均采用RS485协议。在LED照明控制领域，通常做法是每个LED灯具内置一片MCU控制并通过RS485接口芯片连接到RS485总线上，用一台控制器对RS485总线上的每个MCU发送数据进行控制。

ZigBee是一种无线网络技术，2000年底IEEE成立了802.15.4工作组，规定了ZigBee的物理层和媒体接入控制层。ZigBee工作在2.4 GHz的ISM频段，节点之间的最大通信距离可达100m，信号具有一定的穿墙能力，并且ZigBee支持路由节点，可根据需要组成一个星型网、簇状网或者网状网，网络最大节点数可达65535，只要合理布局，可以保证没有通信盲区。此外ZigBee具备较快的响应特性，2个节点之间的一次数据发送过程在5 ms之内即可完成，很好地满足了无线智能照明控制系统对网络结构、容量以及实时性的要求。

由上可见，目前以太网、DMX512和RS-485和ZigBee这些技术已经很成熟，并得到广泛应用。因此本方案将这些技术融合在一起构筑新一代包括有线和无线LED智能照明控制系统。该系统将融合这些技术的优点，实现有线控制和无线控制的无缝连接，在同一个网络里可同时连接多种设备，而整个系统采用TCP协议可提高整个照明系统长距离传输的控制质量和可靠性，使设备的远程监测和控制更有效。

1.1系统架构：

该系统是基于IP、DMX512和ZigBee有线和无线混合控制系统，由传输TCP/IP协议构成系统主干网络，通过DMX512协议实现对有线单元的控制，通过ZigBee实现对无线单元的控制，通过IP网实现了有线网络与无线网络的无缝连接。

1.2系统功能

服务器上安装系统管理软件，是整个系统的中心，负责系统实现各项功能及实现远程控制，例如时间控制、场景控制、现场的艺术效果控制等。

有线节点控制器负责接收系统发送的TCP/IP协议数据，同时把TCP/IP协议数据转DMX512协议数据发送给DMX512设备。DMX Decoder的功能是接收DMX512数据转化为PWM信号控制LED灯的调光或开关。整个系统的数据流向从计算机到以太网转DMX512网络节点到DMX Decoder。

无线网络节点控制器负责接收系统发送的TCP/IP协议数据，同时把TCP/IP协议数据通过ZigBee信号转发出去。可根据需要布置ZigBee路由器节点实现不同拓扑结构，组成一个ZigBee网络，终端节点负责控制每一个照明单元，实现对照明灯的开关控制和256级的调光控制。

1.3技术规格

有线节点控制器最多可支持两组光电隔离的DMX512信号输出，可控制1024个DMX通道，340个全彩RGB灯具，R、G、B各256级灰度。无线节点控制器采用ZigBee协议，其网络最大节点数可达65535，可根据实际需要进行合理分布。系统服务器根据局域网IP地址对有线节点控制器和无线节点控制器进行访问和控制，因此可根据实际网络设备组成超大规模的灯光控制系统，满足各种规模的灯光控制规模。

无极灯的数字化、智能化、网络化技术与传统的光源技术差异很大，传统光源企业要做这样的研发工作恐怕是力不从心，而在IT领域，这样的技术又是非常常见的。应此，无极灯行业想要响应世界潮流，必须放开心态，解放思想，互相合作，才能避免闭门造车、井底之蛙的局面，给行业带来革命性的变革，在将来的照明市场占有一席之地。

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