DMX512舞臺燈光控制系統的設計

廣東工業大學 趙宇皞

1 引言

舞臺燈光是運用燈光設備和技術手段，通過燈光師的控制，以控制光色和光強等變化來渲染舞臺氣氛、塑造舞臺特效，為演出帶來更好觀賞效果的舞臺美術造型手段。

利用單片機作為舞臺燈光燈頭的控制芯片，可以實現對燈光的顏色、亮度進行控制。結合發光二極管節能環保的特點，可以用最小的功耗與成本，實現對舞臺燈光的多功能控制，提供絢麗的舞臺燈光效果。結合DMX512控制協議的使用，可以實現多燈同時控制，提供更佳的舞臺燈光效果。

2 控制系統硬件設計

本次設計的舞臺燈光控制系統的燈頭部分采用STC15F2K60S2芯片作為中央微處理器。STC15系列單片機在MCS51內核基礎上增加了大量的新功能，指令處理速度是傳統的51內核單片機的8-12倍。除主控模塊以外，本系統使用矩陣鍵盤作為按鍵模塊，用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊，用MAX485芯片加上外部電路組成通信模塊，用ULN2003芯片加上外部電源組成驅動控制模塊。系統的接線框圖如圖1所示。按照這個系統設計燈組，只需要并聯接入DMX512總線中，設置好燈號就可以實現多燈協同工作。

圖1 系統接線框圖

3 通信協議介紹

DMX512通信協議最先是由美國劇院技術協會發展成為從控制臺用標準數字接口控制調光器的方式。DMX512是圍繞工業標準EIA-485接口設計的。

DMX512協議是一個基于8位的異步串行協議，它傳輸的一幀的數據由1各起始位0、8個數據位和2個結束位1組成，具體形式如圖2所示。DMX512協議要求接收端的接收波特率為250kbps。

4 系統程序設計

本次設計的舞臺燈光控制系統的燈頭部分采用STC15F2K60S2單片機作為控制模塊，實現從控制設備接收信號，然后控制大功率LED燈的功能，系統的主程序流程如圖3所示。

圖2 一幀數據示意圖

圖3 系統主程序流程圖

圖4 接收程序運行流程圖

4.1 信號接收程序設計

由于舞臺燈光不只有一盞燈，每盞燈都有它對應的編號，而且每盞燈對應不同信道的控制信號，因此每盞燈只需根據自己的編號選擇性地接收數據。當燈組監測到自身編號對應的信號，單片機開始接收數據并放入RAM中。單片機的接收程序的流程如圖4所示。

4.2 LED燈控制程序設計

燈光顏色控制是通過控制每個顏色的燈的亮度來實現。為了實現對LED燈亮度實時控制，本系統使用一種簡單的方法，讓各色的LED燈可以將亮度等級分為256個等級，其中0是最暗的狀態，255是最亮的。

本系統設計了一個不需要使用定時器調節脈寬的方法。以紅燈為例，先將紅燈亮度的設定值記為“R_SET”，然后將紅燈點亮時間的累加值記為“R_DATA”。在程序中進行判斷，如果R_DATA小于R_SET時，單片機將紅燈點亮，同時R_DATA加1。此外用于記錄運行次數的寄存器的數值增加1；反之紅燈關閉，寄存器繼續加1。整個過程持續到寄存器數值為255時停止。此過程中，紅燈可實現256個級別的亮度調節。藍色與綠色LED等的亮度控制原理與紅燈的相同。

5 結束語

本次設計的舞臺燈光控制系統以STC單片機作為主控芯片，設計了大功率LED驅動電路，實現了單片機控制9個1W的LED燈，實現了紅綠藍三色LED燈珠按不同比例混色搭配，構造出多種不同色彩的燈光。除此之外，本次設計的控制系統還支持以DMX512協議為基礎的多燈組協同工作，為舞臺燈光提供了更多不同的組合，可以給觀眾帶來更好、更豐富的視覺效果。