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多兼容LED照明控制系统关键技术及效益优势分析

2015-11-13 10:54
科技那回事
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  在研究过程中,拟采用FPGA 来实现16 个串口,ARM收到以太网数据后,经分析处理就可以通过FPGA的多个串口将DMX512 协议发送到各个LED 终端控制器,实现LED 照明控制。

  2、关键技术

  2.1 基于以太网的系统硬件设计

  本研究课题采用ARM 和FPGA 实现DMX512 协议控制,其中ARM 主要负责网络通信,人机交换,FPGA 主要实现DMX512 协议。在初期的硬件设计中,主控制器和分控制器之间的通信采用的是RS485(智能仪表)通信方式,理由是通信方式简单、易开发、成本低,所以在第一版硬件设计中,采用的就是RS485通信。

  后来在调试时发现,这种通信方式的带宽不够。假如场景速率按照每秒10 帧来计算,一个分控制器最多可有16 个DMX512 通道,RS485 通信是串行通信方式;所以每秒要在这个串行线上传输的帧就有160个,要想在这一秒内传输完160 个帧,每帧占用的时间大约为6ms,相应的传输位速率为1us,波特率为1Mbps。而采用RS485 通信方式是达不到这么快的,所以这种方案失败了。

  在第二版的硬件设计中,主控制器和分控制器间的通信换成了速率为10M的以太网通信,采用这种通信方式后,速率的瓶颈得以解决,一个主控制器可以带多个分控制器。

  2.2 FPGA 与ARM 的接口设计

  ARM 是高速处理器,也是串行设备,可以实现控制、协议解析等工作,当然也可以产生控制时序。但DMX512 时序是一种慢速时序,用ARM 实现会大大的降低系统的实时性,为此系统利用FPGA 的并行优势,用FPGA 来产生DMX512 控制时序,再在ARM和FPGA 之间架设一个数据通道,实现串行处理器与并行处理器的无缝连接。

  FPGA 与ARM 之间主要用于传输DMX512 亮度数据,同时也传送一些控制命令,状态数据等,传送数据为8 位。FPGA 连接在ARM 的GPI/O 总线上,如图3 所示。由于DMX512 设备为慢速设备,ARM 为高速处理器,为了提高ARM 的效率,在FPGA 内部开辟RAM 空间作为DMX512 亮度数据的缓存。一个DMX512 数据包为512 字节,共有16 路,所以在FPGA内部开辟了512*16B 的空间即可。

  2.3 DMX512 模块

  在FPGA 中要实现16 路DMX512 控制时序,然后通过RS485 芯片转成差分信号输出。FPGA 内部先实现一个DMX512 时序模块,对于FPGA 来说并行处理是它的最大优势,设计好DMX512 模块后,再实例化15 个相同模块即可。FPGA 的DMX512 信号输出为单一信号,通过MAX485 芯片,将其转化为符合RS485 标准的差分信号。模块结构图如图4 所示。

  2.4 协议破译

  协议破译是指拿到灯具以后,能判断出该灯具所采用的是哪种协议,进而能用本设计的控制系统去控制它。

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