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

Alexander Poznyak

andidate of Physico-Mathematical Sciences, Associate Professor,

Belarus, Minsk

АННОТАЦИЯ

Применение «цифрового освещения» становится не просто дополнением к дизайну, а его обязательным компонентом. Благодаря малому размеру светодиоды можно встраивать в материалы, составляющие дизайн. Использование современных средств управления данным источниками света необходимо для полной реализации проекта. Данная статья посвящена разработке контроллера управления многоканальной декоративной подсветки.

ABSTRACT

The using of “digital lighting” is not just a supplement to the design. It's compulsory component. Due to the small size of the LED, it can be embedded into material constituting the design. Modern management tools is necessary for the full implementation of light project. This article focuses on the development of multi-channel controller for decorative lighting.

Ключевые слова: Светодиод; протокол; вселенная; режим реального времени; контроллер управления; диммер.

Keywords: Light-emitting diode; protocol; universe; real-time mode; controller; dimmer.

1. Введение

Столетие назад электрическая лампа произвела революцию в освещении. Сегодня светодиоды открывают новую эру. Светодиоды открывают новый способ мышления в освещении – переход от «обычной лампы» к «цифровому свету». Освещение становится не просто дополнением к дизайну, а его обязательным компонентом.

Освещение перестает быть просто функциональным – оно способно помочь нам увидеть нечто гораздо большее, чем сообщение о том, что кофе готов. Это инструмент, при помощи которого можно полностью поменять ощущение пространства простым нажатием выключателя, рисовать светом. Свет может взаимодействовать с нами и следовать за нами, когда мы перемещаемся по зданию [1]. Уже сейчас компьютерные технологии позволяют определить возраст человека и автоматически подстроить спектр излучения так, чтобы он был наиболее комфортен для чтения или просмотра телевизионных программ [2].

2. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРОТОКОЛОВ УПРАВЛЕНИЯ

Ос­нов­ны­ми тре­бо­ва­ния­ми к про­ек­ти­руе­мо­му уст­рой­ст­ву управ­ле­ния ос­ве­ще­ни­ем яв­ля­лись: воз­мож­ность ди­на­ми­че­ской ре­гу­ли­ров­ки све­та, элек­тро‑ и по­жа­ро­бе­зо­пас­ность [1]. Как по­ка­зал ана­лиз со­вре­мен­ных ис­кус­ст­вен­ных ис­точ­ни­ков све­та, 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.

Стандарт 0–10 В. Первые попытки создания удобного инструмента управления светильниками были предприняты в аналоговой плоскости как наиболее просто реализуемой и соответствовавшей уровню развития технологий того времени. Стандарт E1.3 был опубликован в 2001 году рабочей группой ESTA. Таким образом, E1.3 – один из старейших стандартов управления освещением. Управление в этом стандарте осуществляется непосредственно аналоговым сигналом постоянного тока напряжением от 0 до 10 В. Одним из наиболее важных преимуществ аналогового стандарта 0–10 В перед цифровым методом является его простота и удобство поиска и устранения неисправностей, поскольку на линии отсутствуют быстро меняющиеся цифровые сигналы, а проверка цепей связи сводится лишь к измерению постоянного напряжения вольтметром.

Протокол DMX-512. Обзор цифровых интерфейсов предпочтительно с протокола DMX-512, который является плодом усилий комитета USITT/ESTA.

В 1988 году Институт Театральных технологий США USITT (United States Institute of Theatre Technology) создал цифровой мультиплексный протокол DMX-512. Как видно из его названия, DMX-512 поддерживает передачу данных для 512 цифровых каналов по одному кабелю. Использование витой пары проводов (стандарт RS485) позволяет обеспечить высокую степень защиты от электрической интерференции.

Протокол DMX-512 оказался настолько удобным и надёжным в эксплуатации, что число производителей осветительной техники, взявших его на вооружение, росло буквально по экспоненте. В 1990 протокол DMX-512 претерпел несколько важных изменений и De Facto стал стандартом отрасли (до сих пор всё новое оборудование обязательно проверяется на совместимость с DMX-512).

Недостаток этого протокола управления светом состоит в том, что он изначально создавался для управления диммерами. Поскольку диммеры – приборы достаточно простые, их диагностика казалась очевидной. Поэтому в протоколе DMX-512 предусматривалась передача данных только в одну сторону – от консоли к приборам.

Сегодня ассортимент управляемых приборов стал гораздо шире, и соответственно многократно усложнилась задача их диагностики. Кроме того, ошибки могут возникать уже на стадии присвоения DMX-адресов и установки режимов работы оборудования. Как только число каналов управления выросло до десятков тысяч, эта проблема потребовала срочного решения.

RDM (Remote Device Management), как и DMX, является разработкой ассоциации ESTA. Благодаря расширению RDM системы DMX-512 получили второе дыхание, став двунаправленными и полнодуплексными. В системе RDM контроллер имеет возможность не только отправить запрос к устройствам в шине, но и получить от них ответ. Виды сообщений протокола RDM охватывают все типовые задачи по управлению системами освещения, такие как запрос и установка DMX-адреса (команды GET и SET), задание режимов работы и других настроек оборудования, а также мониторинг различных датчиков. Таким образом, посредством команд GET и SET протокол RDM позволяет динамически конфигурировать устройства и управлять системой ранее недоступными протоколу DMX способами.

Протоколы DMX-512 и RDM сегодня можно назвать «рабочими лошадками» управления светом, вероятно, они останутся с нами и в обозримом будущем. Но, поскольку количество приборов в крупных осветительных системах увеличивается с каждым днём, появилась потребность снять любые ограничения по числу каналов. Одним из способов решения проблемы является использование Ethernet-протоколов, которые позволяют через один кабель управлять несколькими потоками данных (Universes) по 512 каналов в каждом.

Решить проблему с помощью технологии Ethernet пытались многие производители. Например, компания Strand разработала протокол ShowNet, ETC – EtcNet II, а Artistic Licence – ArtNet. Последний протокол был запущен в открытый доступ, а впоследствии в него был включён ряд дополнительных программ. Сегодня протокол ArtNet поддерживает множество компаний, таких как ADB, Avab, Jands Electronics, High End Systems, Martin, Robe и другие.

3. ЭТАПЫ ПРОИЗВОДСТВА

В про­грам­ме Altium Designer бы­ла соз­да­на прин­ци­пи­аль­ная схе­ма уст­рой­ст­ва управ­ле­ния яр­ко­стью све­то­ди­од­ных ис­точ­ни­ков све­та. Струк­тур­ная схе­ма уст­рой­ст­ва пред­став­ле­на на рисунке 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. Внешний вид устройства представлен на рисунке 2а.

Рисунок 2. А – диммер для светодиодов; Б – контроллер управления

Разработка контроллера управления велась в несколько этапов. Одни из первых – это работа в реальном времени от ПК через USB интерфейс. Вторым вариантом устройства была автономная работа. На рисунке 2б представлен внешний вид контроллера управления на 8 тыс. каналов в режиме автономной работы.

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 3) г. Брест.

Более 100 единиц контроллеров были применены в носимой электронике, театральных костюмах, декоративной подсветки баров.

Рисунок 3. Результат использования диммеров в дискоклубе «СИТИ»

4. 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 Wi-Fi точки доступа и роутеры, а количество исполняющих источников увеличилось в 32 тысячи раз.

Список литературы:

1. 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.
2. 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.