LED灯具控制系统的发展的历史进程

2015-01-22 11:37:16 admin 1469

LED景观灯光控制系统的新进程-直流载波通信LED灯光在景观照明领域已走过十多年的历程,其控制技术也发展了几个阶段,各个阶段都解决了不少问题,同时又引出各自新的问题点。下面就LED控制技术的发展做进一步的探讨。

第一阶段,LED显示屏驱动控制模式转移过来的方式。采用以74HC595,DM115,MBI5026等类似芯片的串行移位通信方法,每个芯片级联,每个灯具级联。其中既有恒压驱动方式也有恒流驱动方式。该通信方式引出的问题是灯具上信号线过多,达到4或5条(包括地线),不只增加了公司生产,调试的时间成本与材料成本,还增加了工程安装的时间成本与材料成本,同时导致故障率的增加,最大的问题是某串灯具前端有芯片或信号损坏,后端也受影响。当然其优点也是不可抹杀的,HC595价格低廉,芯片成熟,灯具与程序设计容易,市面上支持的控制器多。

第二阶段,DMX512协议的RS485总线形式,采用RS485芯片加单片机(MCU)的方式,形成一条总线上挂512个有效点的RS485并行系统,每个灯具用地址做编号以分别接收不同的数据,达到调光调色的目的。该方式相对第一阶段来说,减少了信号线的根数,基本消除了某灯具故障影响后续灯具的现象,信号传输距离比较远,灯与灯之间的距离不受几米,几十米的限制。但是这种方式也带来其他负面问题,首先是DMX解码器成本高,外购时不只高出一点,自己做又需要好的设计工程师,然后每个灯得编号,不编号自动定址又需要增加信号线,还有就是有时某个解码器出问题影响总线时问题查找困难,再有就是每个主控制器带灯数量有限,增加整个系统的硬件成本。这些负面问题也是影响DMX512系统大量使用的原因,只能用于一些中高端工程。

第三阶段,单线通信,3端口,6端口驱动芯片的大量出现使得LED灯具设计变得更简单。单线芯片的代表有ZQ1111,TLS3001,TM1803,SDMX5124等,它们都是芯片与芯片之间通过单跟信号线串行级联,各芯片的I/O输出口可以自动执行PWM扫描,因此信号线上的通信速率可以大大降低,在芯片与芯片之间的距离小于2米内基本可以省去HC245了。该类芯片既可以满足高灰度(256级上)数据传输,又能增加串联灯数。目前在点光源与灯串(条)中得到广泛应用,护栏管因需要分段,使用芯片较多,且第一阶段的芯片使用成熟稳定,逐步替代还需要一个过程。该阶段的创新优点是明显的,针对点光源和灯串(条)只设计了三输出口,内部带有PWM输出,使数据传输效率大大提高,数据传输速度大大降低,提高了可靠性,省去了放大元件,增加了级联数量,灯具设计的灵活性大大提高。但是,美中不足之处也是存在的,首先,多数芯片都刚上市不久,稳定性还是有代考量和改进,稍稳定的价格又偏贵,单灯需要多芯片的应用受限。其次,还是采用级联方式传输数据,前端芯片或信号故障影响后面的芯片与信号,再次,市场上支持的控制器不是很多,客户选择还是受限。

第四阶段,直流载波调制通信应用于LED灯光控制系统。直流载波顾名思义就是在直流电源线上加载波形,传输信号,达到电源、信号同线传输目的,因此使用该系统的灯具无需信号线,只有电源线。其由此就叙述下无需信号线对灯光系统的优势:1.减少工厂加工灯具时焊接,连接信号线的时间成本和信号线的材料成本,2.减少工程上灯具连接,信号线布置的时间成本和信号线材料成本,3.提高灯光系统的调试,维修速度,单灯坏不影响其他灯具,故障判断直观,哪灯不良找哪灯。其基本原理是载波调制器的电源输入端连接开关电源,信号输入端连接LED主控制器的输出口,经载波后输出一组带信号的电源线,每灯就并联到这组电源线上,每灯内的载波解调器再将电源线上的信号解调出来,由单片机(MCU)处理后控制灯具,往后可以采用专用集成芯片,解调器将电源稳压整流滤波后给灯具供电。因此每个开关电源配个载波调制器,灯具就不需要信号线了。直流载波的速率范围广泛,可以从0-1MHZ随意选择,调制解调器可以设计成兼容DMX512协议或转发DMX512协议信号,市面上的DMX512主控制器都可以使用,客户选择范围大大扩大。直流载波也有其弊端存在,1.因电源线上加载了信号,导致电源线的阻抗变大,线路压降变大,因此需要提高几伏电源输入电压才能满足满功率负载时后端灯具的电压需求,2.因是总线式联线,灯具需要编写地址号码来区分信号数据位置,3.因载波存在调制与解调设备,因此系统总成本不会比第一,第三阶段的系统便宜,但可以低于第二阶段的DMX512系统。

在此,对以上四个阶段的性能与价格比较来看,在价格上,第四阶段是介于第一(第三)与第二阶段之间,在性能上,则第四阶段是最优越的。性价比最高的当是第四阶段―――直流载波通信系统。

当然,LED灯光系统的发展不会只停留在第四阶段,还会有第五个阶段,那第五个阶段会是什么呢?我想应该是无线通信了,如此电源线上也不用走信号了,压降回归到与第一,第二,第三阶段一样了,由此,LED灯光系统的大多数弊端基本解决。