基于Cortex-M3具有RDM功能的調光設備設計

廣東工程職業技術學院機電工程系 李南安

舞臺燈光控制日益發展，本文提出了一種以Cortex-M3為硬件基礎。具有RDM功能的調光設備的設計思路，并對軟硬件系統進行了說明。

1 引言

RDM是DMX512-A協議的擴展版本，RDM協議是遠程設備管理（Remote Device Management）協議，它以 DMX512-A為基礎。將DMX512-A改成數據雙向傳輸。在RDM協議下，控制臺能夠向燈具發送出請求，燈具應答請求，并且可以在控制臺上修改燈具設置。每臺具有RDM的燈具都通過其內置的惟一識別碼來進行識別。包括遠程設置DMX512初始地址的能力，狀態監測及管理這些設備。目前DMX512-RDM控制系統悄然進入中國LED景觀照明，并可能為中國LED景觀照明指明了新的“方向性”改變。

本文設計了一種以Cortex-M3單片機硬件基礎，具有RDM功能的調光設備，接入DMX512信號，并進行調光，并且能夠接受RDM信號，實現遠程的調光設備的遠程管理，并能自動識別連接燈具的負載屬性。

2 LPC1768

LPC1768是NXP公司推出的基于ARM Cortex-M3內核的微控制器LPC17XX系列中的一員。LPC17XX系列Cortex-M3微處理器廣泛用于處理高度集成和低功耗的嵌入式應用。。ARM Cortex-M3 CPU具有3級流水線和哈佛結構。該LPC17XX系列微控制器的外設組件包含flash存儲器（高達512KB）、數據存儲器（64KB）、4個UART、2條CAN通道、2個SSP控制器、SPI接口、3個IIC接口、2輸入和2輸出的IIS接口、8通道的12位ADC、4個通用定時器、6輸出的通用PWM、帶有獨立電池供電的超低功耗RTC和多達70個的通用IO管腳。因此選用該款芯片，并采用MDK集成開發工具（ARM版本），能夠可提高效率，縮短周期。

3 硬件設計

本具有R D M功能的調光設備是以LPC1768(Cortex-M3)為控制核心。整個硬件系統包括DMX512/RDM信號接入模塊，LPC1768，檢測相位模塊，調光模塊，電壓、溫度及電流檢測模塊，顯示模塊，自動識別模塊，通信模塊等。整個調光設備硬件框圖如圖1所示。

圖1 調光設備硬件框圖

圖2 DMX512/RDM電路原理圖

圖3 溫度檢測原理圖

DMX512/RDM信號實際上是RS485信號，所有通過LPC1768本身串口1，加上外圍SP485芯片，為了增加干擾能力加上光耦電路。其電路原理圖如2所示。

電壓、溫度及電流檢測模塊通過外圍電路將電流、溫度轉換為對應的電壓信號，通過LPC1768的10位AD通道進行轉換采樣。其電路設計如圖3和圖4。

檢測相位模塊通過LM258比較器，正確檢測到交流電的過零點。其檢測電路如圖5所示。

圖4 電流檢測原理圖

圖5 相位檢測原理圖

負載自動識別模塊，通過檢測負載的功率，實現負載的自動識別。其他電路如圖6所示：

圖6 負載自動識別原理圖

調光輸出輸出模塊將LPC1768輸出PWM信號來控制硅塊以達到控制燈光強弱。通信模塊能夠通過串口，將實時檢測的溫度和電流大小報告給控制臺，而且控制臺能夠通過該接口對設備的進行設置。

4 軟件系統設計

軟件系統部分采用模塊化設計，方便各個功能的調試和實現。軟件系統主要包括主程序模塊、處理Dmx/RDM信號、WM輸出、通信、顯示等模塊組成。

4.1 主程序模塊

主程序模塊采用循環查詢直至斷電退出，以達到控制燈光亮度的目的。主程序流程如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

4.2 處理Dmx512/RDM信號模塊

Dmx512信號處理模塊接收外部來的dmx512/RDM信號，接收到了break信號后，開始接收數據，收到3個3字節后，判斷消息是DMX512消息，還是RDM消息，如果是RDM，收滿長度結束接收，如果是DMX512收滿513個字節，結束接收，轉入數據處理。收到下一個break信號，重新開始下幀接收。

4.3 調光控制PWM輸出處理模塊

PWM輸出處理模塊根據DMX512數據，輸出周期為10ms的PWM信號。

4.4 自動識別模塊

自動識別模塊自動監測負載功率，然后根據內部數據，進行判讀，來實現負載的識別，是阻性還是非阻性，并能夠實現判斷是否空載。

5 結束語

本文設計了一種基于Cortex-M3具有RDM功能的調光設備，以ARM Cortex-M3內核為硬件基礎，并從應用技術角度出發，詳述了RDM功能調光設備的硬，軟件設計。市場證明該設備價格低廉，運行可靠，并取得比較大的經濟價值。