本發(fā)明涉及l(fā)ed幕墻控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于k64-mcu的多功能led幕墻控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

led幕墻，顧名思義就是將led技術(shù)與幕墻系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，在不影響建筑物其它功能(如室內(nèi)照明采光，建筑外觀效果)的前提下，實(shí)現(xiàn)建筑功能的拓展與建筑夜視美化的目的。led幕墻兼具led顯示屏和景觀照明的功能，可以通過(guò)它形成流光溢彩的輪廓，顯示圖片、文字或者視頻。

led幕墻以其低功耗、長(zhǎng)壽命、低成本的特點(diǎn)，廣受大樓設(shè)計(jì)者歡迎。其主要分類(lèi)有兩種：一種是表貼式的高分辨率led幕墻，通常封裝成點(diǎn)陣式的矩形模組，每個(gè)像素間的間距為6mm到12mm。若要實(shí)現(xiàn)大尺寸顯示，就需要采用模組拼裝的方式，一般用來(lái)顯示高清晰度的實(shí)況轉(zhuǎn)播、廣告等。另外一種是由燈條(或稱燈管)串聯(lián)起來(lái)的分辨率較低的led幕墻。其成本相對(duì)較高，像素間距一般在30mm以上，可以用在高樓的整堵墻面上，具有很高的商業(yè)和藝術(shù)價(jià)值。

控制器是led幕墻控制系統(tǒng)的核心部件，目前市場(chǎng)上針對(duì)led幕墻的控制器多采用arm+fpga的雙處理器架構(gòu)，此方案的控制器開(kāi)發(fā)成本高，控制相對(duì)復(fù)雜并且可移植性差。

因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種基于k64-mcu的多功能led幕墻控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于k64-mcu的多功能led幕墻控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

一種基于k64-mcu的多功能led幕墻控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

pc機(jī)，用于將每幀畫(huà)面分割成多個(gè)塊并生成指定格式的文件，分發(fā)到各個(gè)led幕墻控制器的物理存儲(chǔ)設(shè)備；

led幕墻控制器，包括若干用于存儲(chǔ)pc機(jī)分發(fā)文件的物理存儲(chǔ)設(shè)備及與物理存儲(chǔ)設(shè)備一一對(duì)應(yīng)的控制芯片，控制芯片將文件內(nèi)容解析成dmx信號(hào)，并按照通道號(hào)輸出，所述控制芯片為cortexm4內(nèi)核的k64-mcu芯片；

led幕墻，與led幕墻控制器通過(guò)總線相連，led幕墻由多個(gè)塊狀led發(fā)光單元及對(duì)應(yīng)的dmx解碼器組成，dmx解碼器識(shí)別并控制rgb三色，實(shí)現(xiàn)256灰度級(jí)控制。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述pc機(jī)通過(guò)tcp或手動(dòng)的方式將生成的文件分發(fā)到各個(gè)控制芯片對(duì)應(yīng)的物理存儲(chǔ)設(shè)備中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述led幕墻與led幕墻控制器通過(guò)rs485總線相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述led幕墻控制器還包括擴(kuò)展底座，所述擴(kuò)展底座與led幕墻通過(guò)總線相連，所述控制芯片固定安裝于所述擴(kuò)展底座上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)展底座上設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)sd卡讀寫(xiě)的sd卡接口、用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)接口、用于實(shí)現(xiàn)dmx信號(hào)模擬的dmx接口、用于實(shí)現(xiàn)gps對(duì)時(shí)的gps接口中的一種或多種的組合。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述led幕墻中的dmx解碼器包括基于dmx512協(xié)議的解碼芯片。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述解碼芯片為sm16512芯片，sm16512芯片擁有4個(gè)獨(dú)立的輸出驅(qū)動(dòng)通道控制rgbw四色，信號(hào)采用spwm輸出，驅(qū)動(dòng)電流為3～60ma。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的led幕墻控制系統(tǒng)具備速度快、規(guī)模大、支持異構(gòu)布局、安裝與維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明中基于k64-mcu的多功能led幕墻控制系統(tǒng)的模塊示意圖；

圖2為本發(fā)明中l(wèi)ed幕墻控制器的模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中sd總線的示意圖；

圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中sd卡接口電路圖；

圖5為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中以太網(wǎng)接口電路圖；

圖6為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中dmx接口電路圖；

圖7為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中sm16512芯片引腳圖；

圖8為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中sm16512芯片的應(yīng)用原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于k64-mcu的多功能led幕墻控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括：

pc機(jī)10，用于將每幀畫(huà)面分割成多個(gè)塊并生成指定格式的文件，分發(fā)到各個(gè)led幕墻控制器的物理存儲(chǔ)設(shè)備；

led幕墻控制器20，包括若干用于存儲(chǔ)pc機(jī)分發(fā)文件的物理存儲(chǔ)設(shè)備21及與物理存儲(chǔ)設(shè)備一一對(duì)應(yīng)的控制芯片22，控制芯片22將文件內(nèi)容解析成dmx信號(hào)，并按照通道號(hào)輸出，控制芯片為cortexm4內(nèi)核的k64-mcu芯片；

led幕墻30，與led幕墻控制器通過(guò)總線相連，led幕墻由多個(gè)塊狀led發(fā)光單元及對(duì)應(yīng)的dmx解碼器組成，dmx解碼器識(shí)別并控制rgb三色，實(shí)現(xiàn)256灰度級(jí)控制。

本發(fā)明中多功能led幕墻控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)依托于實(shí)驗(yàn)室已有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架ismta即“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”技術(shù)架構(gòu)，但與之存在著諸多差異。在充分利用已有軟件資源的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目需求進(jìn)行調(diào)整，加快了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度，確保了系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。

pc機(jī)10用戶軟件可以分為燈具布線軟件、web端控制程序和網(wǎng)絡(luò)傳輸工具這三個(gè)部分：它是系統(tǒng)的上位機(jī)控制端，用戶可以通過(guò)布線軟件按照指定的燈效數(shù)據(jù)格式生成調(diào)光文件供控制器使用；通過(guò)web控制程序下發(fā)指令，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸工具實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制led幕墻或更新調(diào)光文件等功能；

led幕墻控制器20是本系統(tǒng)的核心部件，選用cortexm4內(nèi)核的k64-mcu作為控制核心，搭載mqx-lite實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信，sd卡讀寫(xiě)，gps對(duì)時(shí)等功能，同時(shí)讀取sd卡中的調(diào)光文件并按照dmx512協(xié)議輸出多組dmx信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)led幕墻的有效控制；

led幕墻30由多根dmx燈具或燈條連接而成，其內(nèi)核就是dmx解碼器，是實(shí)現(xiàn)燈光效果的基礎(chǔ)性部件。dmx解碼器主要用于接收l(shuí)ed幕墻控制器發(fā)送的dmx信號(hào)，并按照dmx512協(xié)議進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)控制和管理各個(gè)led燈。

控制系統(tǒng)的整體流程如下：

pc機(jī)10根據(jù)實(shí)際工程的硬件布線情況將每幀畫(huà)面分割成多個(gè)塊，并生成指定格式的文件，通過(guò)tcp或者手動(dòng)的方式分發(fā)到各個(gè)控制芯片對(duì)應(yīng)的物理存儲(chǔ)設(shè)備；控制芯片將文件內(nèi)容解析成dmx信號(hào)，并按照通道號(hào)輸出至rs485總線，由燈具內(nèi)部的dmx解碼器識(shí)別并控制rgb三色，實(shí)現(xiàn)256灰度級(jí)控制。

本發(fā)明采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)，將視頻文件分割處理后的調(diào)光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在各個(gè)led幕墻控制器中，使其負(fù)載均衡；各個(gè)led幕墻控制器之間僅需要很小的數(shù)據(jù)量就能實(shí)現(xiàn)同步，不會(huì)影響整體的執(zhí)行效率；淡化了主從結(jié)構(gòu)，在脫機(jī)模式下，主控制器只起到同步作用，不做集中存儲(chǔ)；并且一個(gè)led幕墻控制器出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，這種方式不但提高了系統(tǒng)的可靠性、并發(fā)性和存取效率，還易于擴(kuò)展，容錯(cuò)性好，突破了原有系統(tǒng)的瓶頸。

本發(fā)明是一個(gè)由多控制器實(shí)現(xiàn)的分布式系統(tǒng)，必然涉及到個(gè)控制器之間的級(jí)聯(lián)問(wèn)題。原有方案采用以太網(wǎng)級(jí)聯(lián)的方式，理由是高速通信，10mbps的帶寬足夠用來(lái)快速傳輸調(diào)光數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。但采用了分布式存儲(chǔ)技術(shù)之后，不需要傳輸大量的調(diào)光數(shù)據(jù)，僅需傳輸同步信號(hào)，數(shù)據(jù)量極小。所以本發(fā)明的方案選擇使用rs485總線進(jìn)行通信，其優(yōu)點(diǎn)在于通信方式簡(jiǎn)單、易開(kāi)發(fā)、抗干擾，成本相對(duì)以太網(wǎng)通信降低很多。經(jīng)測(cè)試rs485通信速率配置到2mbps可以正常通信，完全符合要求。

支持異構(gòu)布局是led幕墻控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的一大趨勢(shì)。如今很多相關(guān)的led幕墻控制系統(tǒng)，在工程布局時(shí)要求燈具按照規(guī)則的形狀來(lái)排布，有些是以規(guī)則的m*n的矩形led模組作為顯示媒介?；赿mx512協(xié)議的led幕墻控制對(duì)異構(gòu)布局的設(shè)計(jì)方案則更為少見(jiàn)，但是作為景觀燈應(yīng)用的一種，往往需要按照建筑物的特點(diǎn)，例如球型的屋頂，柱型的墻體等，進(jìn)行燈具布置，所以本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種支持異構(gòu)布局的led幕墻控制系統(tǒng)，從而大大提高其實(shí)用性。

該功能需要配合上位機(jī)燈具布線軟件使用，按照工程需求，用戶可以任意設(shè)計(jì)布線方式，例如s型布線、z型布線或者其他任意方式。用戶可以導(dǎo)入任意格式視頻文件，布線軟件會(huì)將其序列化輸出為二進(jìn)制文件即調(diào)光文件。led幕墻控制器會(huì)根據(jù)dmx通道使能與否以及發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來(lái)控制led燈的亮暗及數(shù)目，從而支持異構(gòu)布局。

參圖2所示，本發(fā)明中基于k64-mcu的led幕墻控制器20，包括擴(kuò)展底座23及位于固定安裝于擴(kuò)展底座上的控制芯片22，控制芯片為cortexm4內(nèi)核的k64-mcu芯片(mk64fx512)，它是恩智浦(nxp)公司在2014年最新推出的一款基于cortexm4內(nèi)核的32位微控制器，具有512mb片上flash和256kbram；主頻最高可配置到200mhz；24路單端和4路差分的ad模塊(16位高精度)；8個(gè)pwm通道；1個(gè)sdhc(sd卡)控制器；5個(gè)uart模塊；1個(gè)usb2.0otg接口；高達(dá)100個(gè)i/o引腳。此外，芯片支持電壓范圍為1.71v～3.6v，工作溫度為-40℃～105℃。

另外，擴(kuò)展底板23包含了核心板對(duì)外提供基本接口及其他功能，包括用于實(shí)現(xiàn)sd卡讀寫(xiě)的sd卡接口231、用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)接口232、用于實(shí)現(xiàn)dmx信號(hào)模擬的dmx接口233、用于實(shí)現(xiàn)gps對(duì)時(shí)的gps接口234。

sd卡接口231：sd卡接口與sd卡通過(guò)sd總線模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，sd總線包含主機(jī)向存儲(chǔ)卡發(fā)送的時(shí)鐘信號(hào)、雙向的命令/響應(yīng)信號(hào)、4個(gè)雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)、及電源和地信號(hào)。sd總線包括一個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)，并采用同步的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且sd總線上設(shè)有若干上拉電阻。

sd卡作為一種存儲(chǔ)容量大，讀寫(xiě)速度快，價(jià)格低廉并且方便攜帶的物理存儲(chǔ)設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各種led幕墻控制系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)置這些寄存器可以使得k64作為主機(jī)與sd卡從機(jī)進(jìn)行通信。sdhc是符合sd2.0規(guī)格的新一代存儲(chǔ)卡，特點(diǎn)是高容量(大于2g，小于32g)，其對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)也從fat16提升到了fat32。sd卡定義了兩種通信協(xié)議：sd總線模式和spi總線模式。由于spi模式是單線傳輸，sd模式可以選擇4線傳輸，相比之下，sd總線模式的傳輸速率更高，所以本發(fā)明選擇4位數(shù)據(jù)線的sd模式，sd總線框圖如圖3。

根據(jù)sdv2.0協(xié)議，sd總線包含以下信號(hào)：(1)clk：主機(jī)向存儲(chǔ)卡發(fā)送的時(shí)鐘信號(hào)；(2)cmd：雙向的命令/響應(yīng)信號(hào)；(3)dat0～dat3：4個(gè)雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)；(4)vdd、vss1、vss2：電源和地信號(hào)。

sd總線有一個(gè)主機(jī)多個(gè)從機(jī)并采用同步的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所有存儲(chǔ)卡共用時(shí)鐘、電源和地信號(hào)，命令(cmd)和數(shù)據(jù)(dat0～dat3)信號(hào)是存儲(chǔ)卡的專用信號(hào)，為所有卡提供連續(xù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，典型電路連接如圖4。很多芯片內(nèi)部采用的是漏極開(kāi)路的設(shè)計(jì)方式，因此在輸出高電平時(shí)，需要外界上拉電阻，否則無(wú)法輸出高電平。選擇上拉電阻時(shí)候，可以選取一些阻值較大的電阻，可以減少待機(jī)功耗。其中，data3線必須上拉，這樣在上電后即進(jìn)入sd總線模式。

以太網(wǎng)接口232：以太網(wǎng)接口包括w5500芯片，w5500芯片作為以太網(wǎng)接口的控制芯片。k64-mcu芯片設(shè)有3個(gè)spi接口，可以用來(lái)同w5500芯片進(jìn)行通信，k64-mcu芯片的mosi信號(hào)線與w5500芯片的miso信號(hào)線相接，k64-mcu芯片的miso信號(hào)線和w5500芯片的mosi信號(hào)線相接。w5500芯片包括txn/txp和rxn/rxp兩路差分信號(hào)線，兩路差分信號(hào)線與以太網(wǎng)接口中的網(wǎng)絡(luò)變壓器連接。

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)憑借其傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)配置簡(jiǎn)單等特性，成為led幕墻控制行業(yè)的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)芯片例如enc28j60、ddm900，僅封裝了物理層(phy)和介質(zhì)訪問(wèn)控制層(mac)，從網(wǎng)絡(luò)層開(kāi)始都需要軟件實(shí)現(xiàn)，例如協(xié)議棧軟件。協(xié)議棧占用的系統(tǒng)資源是非?？捎^的，如果運(yùn)行在低性能的處理器上，處理器將無(wú)法及時(shí)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。為了在滿足功能需求的同時(shí)，提高編程效率，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)選用wiznet公司的w5500芯片作為以太網(wǎng)控制芯片。w5500是一款全硬件tcp/ip嵌入式以太網(wǎng)控制芯片，為嵌入式系統(tǒng)提供了更加簡(jiǎn)易的互聯(lián)網(wǎng)連接方案。w5500集成了tcp/ip協(xié)議棧，10/100m以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，并且配備多達(dá)32k的片上ram作為數(shù)據(jù)收發(fā)緩存，把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的處理工作全部轉(zhuǎn)移到w5500集成硬件中進(jìn)行，這樣主控芯片只需要承擔(dān)應(yīng)用層控制信息的邏輯任務(wù)，大大提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，使得用戶使用單芯片就能夠在應(yīng)用中拓展網(wǎng)絡(luò)連接。此外硬件tcp/ip的不可攻擊性，保證了在此基礎(chǔ)上搭建的網(wǎng)關(guān)的安全性。w5500芯片使用高效spi協(xié)議，支持80mhz速率，從而能夠更好的實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通訊。根據(jù)芯片手冊(cè)設(shè)計(jì)其原理圖如圖5所示。

k64-mcu有3個(gè)spi接口，可以用來(lái)同w5500進(jìn)行通信，其中k64作為主機(jī)，w5500作為從機(jī)。spi協(xié)議一般有4根線，其中一根是片選線，低電平有效。其他三信號(hào)線clk，mosi和miso。需要注意的是，作為主機(jī)，k64的mosi信號(hào)線需要和w5500的miso相接，k64的miso信號(hào)線需要和w5500的mosi相接。w5500芯片的txn/txp和rxn/rxp這兩路差分信號(hào)分別和網(wǎng)絡(luò)接口hr911105a中的網(wǎng)絡(luò)變壓器連接。

dmx接口233：dmx接口包括rs-485收發(fā)器，rs-485收發(fā)器為sp3485收發(fā)器，sp3485收發(fā)器與uart模塊相連，且uart模塊的tx引腳和rx引腳分別設(shè)有限流電阻連接到sp3485收發(fā)器的di引腳和ro引腳。rs-485收發(fā)器采用雙絞線進(jìn)行通信傳輸，rs-485收發(fā)器的終端設(shè)有終端電阻以消除由分布電感和分布電容產(chǎn)生的反射現(xiàn)象。dmx接口還包括保護(hù)電路，保護(hù)電路包括連接于sp3485收發(fā)器輸出端上的瞬態(tài)電壓抑制二極管、以及連接于sp3485收發(fā)器輸出端上的上拉電阻和下拉電阻。

dmx接口的電氣特性是圍繞工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)eia-rs-485接口設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)于osi模型中的物理層，采用差分傳輸方式。因此對(duì)于dmx接口的設(shè)計(jì)，其實(shí)就是對(duì)rs-485接口電路的設(shè)計(jì)。對(duì)于rs-485來(lái)說(shuō)，它僅僅規(guī)定了接收端和發(fā)送端的電氣特性，并沒(méi)有規(guī)定任何數(shù)據(jù)協(xié)議。dmx512協(xié)議的通信接口電路，如圖6所示。

作為本發(fā)明最基礎(chǔ)也是最重要的部分，dmx接口電路設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性，只有對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，才能更有效的減少電路設(shè)計(jì)的難度和后期維護(hù)的成本。

(1)rs-485收發(fā)器選擇

rs-485收發(fā)器芯片是一種常用的通訊器件。目前，在許多半導(dǎo)體公司的rs-485收發(fā)器系列產(chǎn)品中可以找到對(duì)應(yīng)的型號(hào)，并且這些產(chǎn)品具備良好的兼容性，可以直接替換使用，但應(yīng)該根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行合理的選擇。例如，對(duì)于外置設(shè)備，因?yàn)樗鼘?duì)電磁或雷擊沖擊更為敏感，可以選用集成esd(electro-staticdischarge靜電釋放)增強(qiáng)保護(hù)功能的rs-485收發(fā)器；對(duì)于多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，可選增強(qiáng)型i/o單位負(fù)載的rs-485收發(fā)器；對(duì)于3.3v應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)該選用3.3v的rs-485收發(fā)器?？紤]到本控制器是3.3v的工作電壓，選用一款支持3.3v供壓、低功耗、半雙工的收發(fā)器sp3485。它完全符合rs-485的串行協(xié)議電氣規(guī)范，允許同一總線上連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，并且在帶負(fù)載的情況下它的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10mbps，具有驅(qū)動(dòng)器輸出短路保護(hù)功能，可以很好的滿足本控制器的設(shè)計(jì)要求。

(2)rs-485收發(fā)模式的切換

uart模塊的tx引腳和rx引腳分別接一個(gè)限流電阻連接到sp3485芯片的di引腳和ro引腳。rs485收發(fā)器同時(shí)只能工作在“接收”或者“發(fā)送”兩種模式之一，re/de信號(hào)時(shí)鐘為高電平時(shí)，發(fā)送器有效，接收器禁止；re/de信號(hào)時(shí)鐘為低電平時(shí)，接收器有效，發(fā)送器禁止。一般情況下，可以選擇控制器的一個(gè)引腳直接控制該引腳的電平高低，此處為了節(jié)省控制器的引腳資源，可以給其增加一個(gè)收發(fā)邏輯控制電路，利用一個(gè)三極管s8050，在進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)切換收發(fā)模式。

(3)終端電阻的選擇

實(shí)際的信號(hào)傳輸線都具有分布電感和分布電容，由此會(huì)產(chǎn)生一種反射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)失控。為了消除這種反射現(xiàn)象，保證rs-485通信系統(tǒng)的可靠性，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，通常對(duì)rs-485通信系統(tǒng)的端點(diǎn)安裝合適的終端匹配電阻。該終端電阻的大小取決于傳輸電纜的特性阻抗，由于rs-485通信傳輸通常采用雙絞線，并且其特性阻抗為120w。因此，本系統(tǒng)所選用的終端匹配電阻如圖6中所示的r55也取120ω。

(4)保護(hù)電路設(shè)計(jì)

為提高rs-485通信的安全性，保護(hù)rs-485總線免受雷擊、浪涌等高壓沖擊，進(jìn)而造成rs485接口電路的損壞，需要對(duì)系統(tǒng)添加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電路，如圖6中所示的ke48電路部分。ke48是一種瞬態(tài)電壓抑制二極管，主要應(yīng)用于非對(duì)稱性保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)rs-485多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)中。其防護(hù)電壓范圍為-7v～+12v。本系統(tǒng)的ke48元件需要將其1號(hào)和2號(hào)引腳分別連接在rs-485通信接口的兩條輸出信號(hào)線上，即sp3485芯片的a和b引腳輸出上，而3號(hào)引腳直接連接gnd即可。另外，輸出端a、b分別加一個(gè)4.7k的上拉電阻和下拉電阻，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，確保無(wú)信號(hào)時(shí)能保證高低電平的穩(wěn)定輸出，以提高rs-485節(jié)點(diǎn)的可靠性。

gps接口234：gps接口包括neo-7m芯片，用于進(jìn)行時(shí)間同步和監(jiān)控控制器的使用位置。

gps(globalpositionsystem全球定位系統(tǒng))是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。gps在每顆衛(wèi)星上配備精密的銫原子鐘，并由地面監(jiān)控站進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)與utc(coordinateduniversaltime世界統(tǒng)一時(shí)間)時(shí)間同步。gps接收機(jī)接收至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星提供的位置信息，通過(guò)偽距測(cè)量定位方法可以計(jì)算出接收機(jī)在地球上的位置以及接收機(jī)時(shí)間與utc時(shí)間的偏差，并進(jìn)行時(shí)間同步校準(zhǔn)。

本控制器的gps-oem選用微雪電子neo-7m模塊，它是一款低功耗的超小外形gps接收模組，該產(chǎn)品采用了新一代u-blox芯片，超高靈敏度，精度高、定位準(zhǔn)確，具有全方位功能，內(nèi)嵌在使用gps服務(wù)的智能手機(jī)，平板電腦，主要用于人員定位管理，設(shè)備測(cè)速，物流車(chē)輛跟蹤定位等領(lǐng)域。應(yīng)用于本控制器中，既可以用來(lái)做時(shí)間同步，而且可以監(jiān)控本控制器的使用位置。

為了能夠讓gps模塊發(fā)揮最高性能，gps接口電路的實(shí)際布板至關(guān)重要。其rf引腳的微帶線至天線的連接點(diǎn)應(yīng)盡可能短，在2.5cm之內(nèi)。微帶線周?chē)猛暾膅nd包裹，為了減少信號(hào)反射，應(yīng)盡量避免90度布線，直線和圓形布線最為理想。微帶線部分pcb底層需要鋪完整的銅。在射頻信號(hào)線兩旁打上孔，減少外界對(duì)信號(hào)線的干擾，另外還設(shè)有100m磁珠，專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。

本發(fā)明中l(wèi)ed幕墻30中的dmx解碼器包括基于dmx512協(xié)議的解碼芯片。解碼芯片為sm16512芯片，其是深圳市明微電子股份有限公司生產(chǎn)的sm16512芯片，該芯片是針對(duì)全彩led燈而研發(fā)的解碼芯片，擁有4個(gè)獨(dú)立的輸出驅(qū)動(dòng)通道控制rgbw四色，可通過(guò)軟件設(shè)置輸出通道數(shù)的選擇(本課題僅用到其中的rgb三個(gè)通道)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)256級(jí)的灰度控制；輸出采用spwm技術(shù)，能夠保證穩(wěn)定的電流輸出，驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)3～60ma。該芯片sop16的封裝結(jié)構(gòu)如圖7所示，其引腳定義如表1。

表1sm16512引腳定義

數(shù)據(jù)傳輸兼容并擴(kuò)展dmx512協(xié)議，dmx信號(hào)從a、b兩個(gè)引腳輸入芯片，能夠識(shí)別的信號(hào)的頻率范圍為250kbps到800kbps。每個(gè)芯片內(nèi)置eeprom器件，用于存儲(chǔ)芯片的地址，通過(guò)信號(hào)線總線寫(xiě)碼方式一次性自動(dòng)寫(xiě)碼多個(gè)sm16512芯片。

基于dmx512協(xié)議的每個(gè)解碼芯片都需要被賦予一個(gè)數(shù)字啟動(dòng)地址編號(hào)，這個(gè)地址編號(hào)即該解碼芯片的起始地址，而步進(jìn)地址就是指該解碼芯片能同時(shí)對(duì)幾字段dmx信號(hào)產(chǎn)生控制動(dòng)作。起始地址用于dmx信號(hào)的尋址，以保證解碼芯片只對(duì)屬于“自己的”控制信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。當(dāng)dmx數(shù)據(jù)包的字段序號(hào)與某解碼芯片的地址碼即所賦予的起始地址序號(hào)相同時(shí)，解碼芯片就開(kāi)始對(duì)該字段及其之后的幾個(gè)字段dmx信號(hào)進(jìn)行解碼并產(chǎn)生控制動(dòng)作。與此同時(shí)，其他處于同一條鏈路上的解碼芯片對(duì)dmx信號(hào)沒(méi)有反應(yīng)。直到dmx數(shù)據(jù)包的控制字段號(hào)過(guò)渡到與下一解碼芯片所賦予的起始地址序號(hào)相同時(shí)，該解碼芯片停止受控，同時(shí)下一個(gè)解碼芯片的地址碼發(fā)揮作用，處于受控狀態(tài)。

試舉一例，假設(shè)某dmx控制端口驅(qū)動(dòng)若干解碼芯片，則第一個(gè)解碼芯片的起始地址是001，第二個(gè)解碼芯片的起始地址就是001加第一個(gè)解碼芯片的步進(jìn)地址，假設(shè)所有的解碼芯片的步進(jìn)地址都是3，那么，第二個(gè)解碼芯片的起始地址就是004，以此類(lèi)推，第三個(gè)解碼芯片的起始地址就是007，在標(biāo)準(zhǔn)dmx512協(xié)議下，最后一個(gè)燈具的起始地址與其步進(jìn)地址相加不能超過(guò)512，但是對(duì)于本實(shí)驗(yàn)對(duì)象中的燈具，其最終值可以大于512。當(dāng)然地址也可以設(shè)置成不連續(xù)的，這樣的話dmx數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)利用率就不高了。

該芯片主要為建筑物裝飾和舞臺(tái)燈光效果led照明系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，非常適合用于需要并聯(lián)的led照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其應(yīng)用原理如圖8所示。某一個(gè)解碼芯片的異常完全不影響其他芯片的正常工作，相比市場(chǎng)串接的恒流解碼芯片而言更具有可靠性和安全性，維護(hù)方便等特點(diǎn)。

由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

整個(gè)系統(tǒng)需要支持異構(gòu)布局，軟件操作需簡(jiǎn)單；

控制器支持聯(lián)機(jī)控制功能，聯(lián)機(jī)采用以太網(wǎng)使用tcp/ip協(xié)議通信，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)燈光設(shè)備開(kāi)關(guān)燈、信息查詢、調(diào)光和遠(yuǎn)程更新存儲(chǔ)器中的效果文件；

控制器支持單機(jī)功能，系統(tǒng)中的每一臺(tái)機(jī)器都可以做主機(jī)，控制器會(huì)根據(jù)軟硬件配置自動(dòng)識(shí)別本機(jī)處于主機(jī)狀態(tài)或者是從機(jī)狀態(tài)，主機(jī)同步所有從機(jī)讀取存儲(chǔ)器中的效果文件進(jìn)行播放；

支持sd或tf卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)；

控制器輸出的dmx信號(hào)能夠兼容市場(chǎng)上的dmx燈具，其信號(hào)波特率可配置。每臺(tái)控制器后端直接連接dmx燈具，不需要其它分控；

根據(jù)每個(gè)dmx數(shù)據(jù)包23ms計(jì)算，基于dmx512協(xié)議的播放幀率的極限是44幀/秒，控制器可以實(shí)現(xiàn)播放幀率的自由調(diào)節(jié)；

控制器能夠?qū)κ袌?chǎng)上的多數(shù)dmx解碼器進(jìn)行一次性寫(xiě)址。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。