СИСТЕМА МНОГОКАНАЛЬНОГО ОСВЕЩЕНИЯ И ДЕКОРАТИВНОЙ ПОДСВЕТКИ

MULTICHANNEL LIGHTING AND DECORATIVE LIGHTING

Siarhey Palishchuk

master student,

department of engineering information and computer systems,

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (BSUIR),

Belarus, Minsk

Poznyak Alexander

сandidate of Physico-Mathematical Sciences, Associate Professor BSUIR,

Belarus, Minsk

АННОТАЦИЯ

Применение светодиодов при освещении и подсветке различных объектов способствует повышению их пожарной безопасности, экономичности и экологичности, позволяя решать при этом разнооб­разные художественные и технические задачи и создавать эффектные светодинамические картины, но требует создания специальных систем управления. Доклад посвящён разработке устройств для создания светодиодных систем освещения и программного обеспечения для управления ими.

ABSTRACT

The usage of LED technologies in creating lighting systems and decorative lighting systems for various kinds of objects has several significant advantages comparing with other source of light, but it requires special management equipment to be created. The basic idea of the report is the development of a dimmer designed to control brightness with the LED light sources via DMX-512 protocol.

Ключевые слова: Светодиод; DMX-512; ШИМ; энергоэффек­тивность; микроконтроллер; диммер.

Keywords: Led; DMX-512; PWM; energy efficiency; MCU; dimmer.

I. ВВЕДЕНИЕ

Большинство современных электронных устройств проекти­руется с применением систем автоматизированного проектирования. Это позволяет сэкономить время на проектирование и способствует более быстрому выходу готового продукта на рынок, а также минимизирует вероятность возникновения ошибки из-за челове­ческого фактора. Для создания рассматриваемых устройств были применены такие программные продукты, как Altium Designer, MPLAB и Proteus. Первое было применено для разработки принципиальной схемы и печатной платы, второе – для написания микропрограммы для микроконтроллера, третье – для моделирования и изучения температурных зависимостей всего устройства в целом. Спроектированное устройство было изготовлено пробной партией в количестве 60 штук и использовано в Музее природы Беловежской пущи. Позже был проведен анализ конструкции и создана вторая версия устройства [1] с передачей на производство более крупной партии для монтажа в дискоклубе «СИТИ» г. Бреста.

II. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основными требованиями к проектируемому устройству управления освещением являлись: возможность динамической регулировки света, электро‑ и пожаробезопасность [2]. Как показал анализ современных искусственных источников света [2], наиболее перспективными являются светодиоды, поскольку они являются на сегодняшний день самыми пожаробезопасными, экономичными и экологичными, что соответствует основным требованиям, предъявляемым как к устройству регулировки яркости источников света, так и самой системы освещения.

В программе Altium Designer была создана принципиальная схема устройства управления яркостью светодиодных источников света (диммер). Структурная схема устройства представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Структурная схема устройства

Основой разработанного и изготовленного устройства является микроконтроллер PIC16F690 фирмы Microchip. Написание микропрограммы для него производилось в среде разработки MPLAB на языке программирования Assembler. Использование данного языка позволяет максимально эффективно использовать ресурсы микроконтроллера [3].

Моделирование, оценка энергоэффективности и помехоустой­чивости устройства производились с помощью программного продукта Proteus.

III. ЭТАПЫ ПРОИЗВОДСТВА, ТЕСТИРОВАНИЯ, ВНЕДРЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

Первая версия печатной платы устройства управления яркостью светодиодных источников была спроектирована под односторонний монтаж. Во второй версии (рис. 2) концепция устройства была переработана и плата уже была спроектирована для двухстороннего монтажа, что позволило уменьшить ее габариты. Выходные транзисторы были заменены на более эффективные, что позволило устройству работать в максимальных режимах без нагрева активных элементов.

Технические характеристики второй версии устройства управления яркостью источников света:

• номинальное напряжение питания: 12/24 В (постоянный ток);
• номинальный ток на канал: 3 А (12 В постоянного тока);
• максимальный ток на канал: 7 A (12 В постоянного тока);
• количество каналов: 9;
• интерфейс: DMX‑512;
• диапазон рабочих температур: от минус 20°С до +65°С;
• возможность подключения следующих источников света: а) светодиоды, б) галогенные лампы, в) люминесцентные лампы (с соответ­ствующим балластом).

Рисунок 2. Внешний вид устройства второй версии

Немаловажным преимуществом изготовленного устройства является то, что для его применения не требуются проектные работы по разводке электропроводки. Это связано с тем, что номинальное напряжение питания является безопасным и составляет 12/24 В.

Управление диммером осуществляется по протоколу DMX‑512. Для передачи данных используется только два провода, и ним можно управлять яркостью до 512 источников света на расстоянии до 1 км. Управление источниками света осуществляется с помощью пульта управление или компьютера с использованием также самостоятельно спроектированного и изготовленного переходника «USB – DMX» (рис. 3).

Рисунок 3. USB – DMX переходник

Светодиодное освещение имеет ряд значительных преимуществ, в сравнении с традиционными источниками искусственного освещения. Механическая прочность, экологичность, энергоэффективность, безопасность – это только небольшая часть из достоинств современных светодиодов, но их достаточно для выявления большого будущего для светодиодного освещения во многих сферах жизни человека. На основании столь высокой перспективности такого типа освещения, мной было разработано устройство для регулирования яркости источников света и система управления, на базе современного ПК. Разработанное устройство имеет высокую практическую значимость, подтверждением того является изготовление небольшой партии таких устройств и их успешное применение в музее природы Национального парка «Беловежская пуща» и диско-клубе «СИТИ» (рисунок 4) г. Брест.

Рисунок 4. Результат использования диммеров в дискоклубе «СИТИ»

IV. ПЛАНЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА

В настоящий момент ведутся работы по модернизации данного устройства, поскольку современные инженерные и дизайнерские решения требуют большего количества каналов. Это привело к созданию новой структуры, в которой в качестве каналов связи используются типовые маршрутизаторы и роутеры, а количество исполняющих источников увеличилось в 32 тысячи раз. Такие решения имеют большую практическую значимость, потому что они находят применение в носимой электронике и средствах отображения информации. Последние прототипы контроллеров имеют габаритные размеры 22х37 мм с возможностью управления до 4096 точек (источников света). Возможность применения таких устройств на сегодняшний день обсуждается с Harley Davidson.

Список литературы:

1. Диммер для светодиодов и система освещения на его основе [Текст]: материалы 8-ой Международной молодёжной научно-технической конференции «Современные проблемы радиотехники и телекомму­никаций РТ-2012», 23–27 апр. 2012 г. Севастополь / редкол.: Є.В. Пашков (отв. ред.). – Севастополь: Вебер, 2012. – 175 с.
2. Диммер для светодиодов и система освещения на его основе [Текст]: Сб. тез. докл. Респ. науч. конф. студ. и асп. Республики Беларусь «НИРС 2011», 18 окт. 2011 г., Минск / редкол.: С.В. Абламейко [и др.]. – Минск: Изд. центр БГУ, 2011. – 264 с.
3. Система управления освещением с USB интерфейсом Информационные технологии и управление [Текст]: материалы 47-й научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов, 25–29 апр. 2011 г. Минск / редкол.: Л.Ю. Шилин (гл. ред.) – Минск: БГУИР, 2011. – 21 с.