户外景观LED控制系统的4个技术限制及解决方案

导读：一份出色的LED控制系统方案，应在实现LED控制系统的项目要求的基础上，控制系统方案应更多的为控制系统的灵活调整、数据备份及拓展延伸等方面做出考虑

　　OFweek半导体照明网 一份出色的LED控制系统方案，应在实现LED控制系统的项目要求的基础上，控制系统方案应更多的为控制系统的灵活调整、数据备份及拓展延伸等方面做出考虑。
　　在LED控制系统方案设计方面，我们要考虑2个大方向的问题：
　　1、技术局限：LED控制系统各个部分的性能参数及限制因素；
　　2、解决方案，针对项目功能要求进行相应的方案设计。
　　技术局限
　　一、通讯传输局限性
　　通讯传输主要体现在如下几个方面：
　　（1）控制器之间的数据传输
　　目前市面大部分控制器之间数据传输采用标准网络协议，线材选用一般不低于超五类双绞线。按照标准网络协议标准，单根网线的线距不超过100米。
　　然而在现场应用中常常遭遇控制器之间超出100米线距的情况，如遇到该情况，一般采用光纤传输的解决方案。目前光纤技术已经十分成熟，且综合造价费用甚至比网线还要低一些。在景观亮化项目上多采用单模光纤传输，线距可达15Km。
　　一般在小型控制系统上，每台控制器上皆插有SD存储卡，故不会采用网线进行动画数据上的传输，而是通过RS232/485之类协议进行同步帧的传输。线距一般在150米左右。当然也会有一些控制器针对该部分进行技术攻关，如MR-502控制系统的同步线可达1.2Km。
　　（2）GPS同步的信号探头的线距
　　目前GPS同步应用在户外景观领域已经十分普及，一般情况GPS探头采用PS/2接口与控制器相接，线距一般在2米左右，探头通过吸铁贴合于金属防雨箱顶部。
　　然而在现场存在一些特殊情况，导致该线距达不到实际要求及该地区GPS信号强度较弱，故按照以往的应用都是通过增加延长线并尝试不同的探头置放位置来解决，在现场应用中十分繁琐复杂。
　　但是小小的困难是难以阻挡技术发展的碾压，目前就已经出现了GPS无线信号放大转发器，如MR-G2AFS无线GPS放大转发器，通过GPS增强信号接收器来接收GPS同步信号，标配30米数据线，通过无线模块转发于GPS同步主控器端，以达到GPS同步信号的强度与精度。
　　（3）控制系统通讯数据的无线传输
　　在工程实施过程中，会遇到现场不存在通讯数据线材铺设的条件，如楼宇之间无法铺设光纤与网线，再如特殊景观建筑物（如摩天轮）等情况，是无法采用有线方式进行数据传输。
　　那么无线方式传输大量数据就成为技术屏障，目前可采用电信级大功率无线网桥来解决该问题，如科讯Commsen无线设备，一般通过大功率无线网桥可实现3-10Km的无线传输。当然无线传输距离越大，其无线网桥功率要求越大，同时相对于传输数据量亦会相应减少一部分。
　　二、驱动信号传输局限性
　　在控制系统应用中，常会遇到客户咨询，控制器到灯具的驱动信号传输距离有多少这一类的问题，答案是具体情况，具体分析，具体解决。情况有二：
　　（1）SPI串行驱动方式
　　在SPI串行驱动方式中，驱动芯片采用TTL电平信号传输数据。一般控制器至首灯之间的距离在
40-60米之间。如超过此距离，一般可加设差分板，将TTL电平信号转化为差分信号进行传输，至首灯前在转换为TTL电平信号来控制灯具，一般距离可达150米。
　　（2）DMX512双线并行驱动方式（标准协议）
　　在DMX512双线并行驱动方式上，驱动芯片采用DMX512差分信号进行传输，一般控制器至首灯之间的距离可达100米。如超过此距离，一般可加设DMX512中继器，安装于首灯前可将DMX512重新驱动，一般距离达到150-200米。
　　三、不同系统联控的局限性
　　目前在项目需求上出现越来越多不同系统联控的要求，主要集中于两方面：不同厂家的户外景观LED控制系统联控，以及不同类型的控制系统联控的要求。
　　在一般意义来上讲，不同厂家的户外景观LED控制系统是不可能联控的。因为针对每一个厂家的控制系统其内部的通讯协议皆为首要核心技术，一般情况是难以开放彼此核心协议。那么只能够在相对技术保护的情况下，开放出一些类型协议提供给上一级联控端。
而不同类型的控制系统联控，如音乐喷泉与LED控制系统联控，LED大屏幕与LED控制系统联控，舞台灯光系统与LED控制系统联控等多种联控模式
　　技术解决方法如下：
　　（1）采用DVI输出方式
　　针对每一家控制系统采用DVI屏幕截取的输出方式，如MR-MC01DVI主控器，那么在上一级联控即可不安装其自身的上位机软件，仅需要在联控端计算机上预留屏幕截取的位置播放所需视频即可。
　　该解决方式可解决不同厂家的户外景观LED控制系统联控的问题，以及LED大屏幕与LED控制系统联控的问题。
　　（2）采用UDP、RS232、DMX512等协议指令，由控制系统厂家提供给上一级联控端，联控端按照要求的协议指令，即可用第三方联控端设备对LED控制系统进行控制，如场景切换、亮度调整、播放速度等技术参数。
　　四、成像点密度的局限性
　　成像点密度通俗来讲即为像素点分辨率，是单位面积内像素点的数量，是LED灯具显示效果的重要参数。两点成线，三点成面，一般来讲完整显示一个汉字，至少16个像素点的高度（不可低于12像素点）。
　　目前项目上很多LED洗墙灯与线性灯，1米灯管一般即为1-2像素点，点密度比较低，那么这样大功率的灯具适用于重视光效的泛光照明，不能够用来显示动画视频。
　　该部分内容实为LED景观亮化的常识性知识点，但是在很多项目上常常遇到犯此错误的从业技术人员，不可不察也。
　　解决方案
　　面对层出不穷的项目要求，技术解决方案也在日新月异的变化之中，今天我们来讲一下特殊的技术方案。
　　一、移动端上位机
　　在常规控制上，一般上位机都是采用计算机来进行控制，其优点在于技术成熟、应用普及。其缺点在于计算机体积较大，不利于移动，人机交互体验平庸无奇。
　　如在展厅、展馆等应用领域上，采用计算机来进行控制，展示力度不够，那么移动端上位机技术即应运而生。
　　MR-Android控制系统基于Android移动终端设备为控制系统上位机，通过标准网络TCP/IP与UDP协议，连接MR-208系列控制器，实现对LED灯具的有效控制。
　　MR-Android控制系统的架构组成，如下：



　　1、AnyTouch软件，基于安装Android系统的移动终端设备，如手机、平板电脑等；
　　2、无线路由器，支持Wi-Fi通讯的无线路由器，具备Rj-45的LAN端口；
　　3、MR-208系列控制器，型号细分为MR-208A/D/DW等，支持SPI串行驱动芯片、DMX512驱动芯片及具备自动编址的DMX512驱动芯片；
　　4、软件终端可导入工程布线图，支持对控制器编号，端口及点位的设置；
　　5、AnyTouch软件可导入动画素材，如AVI、MP4等多种视频格式；
　　6、AnyTouch软件支持调色盘、触摸笔划等多种Touch方式，实时对LED灯具的实时控制。
　　二、RS232第三方设备对LED控制系统进行控制
　　在LED户外景观亮化工程中，采用具备RS232接口的第三方集控设备，对LED控制系统与其他类型控制系统进行联控。
　　故LED控制系统为实现此功能，需在第三方控制设备与LED控制系统之间加设RS232-TCP转换器，将其协议进行转换。

　　MR-R2TCP转换器将RS232协议指令转换为TCP/IP协议指令，支持动画片段选择，动画播放速度、灯具整体亮度调整以及灯具白平衡调整。


　　三、DMX512灯控台对LED控制系统进行控制
　　目前舞台灯光项目，以及部分LED户外景观项目中，可见采用DMX512控制台来对LED灯具进行联控等，如采用DMX512灯控台对舞台灯光系统进行控制的同时，再控制大量的LED景观照明的灯具。
　　因需要大量的DMX512通道，DMX512控台通道满足不了要求，只能选用LED控制系统进行直接控制，再由DMX512灯控台来控制LED控制系统。故DMX512控制台与LED控制系统之间需加设一台MR-D2TCP转换器。
　　MR-D2TCP转换器将DMX512协议指令转换为TCP/IP协议指令，支持动画片段选择，动画播放速度、灯具整体亮度调整以及灯具白平衡调整。

　　其方案拓扑如下：


　　四、双机热备应用
　　双机热备指基于Active-Active方式的上位机端的运行备份。上位机的故障可能由各种原因引起，如设备故障、操作系统故障、软件系统故障等等。
　　从实际经验上看，除非是简单地重启上位机（可能隐患仍然存在），否则往往需要几个小时以上。而如果技术人员不在现场，则恢复运行的时间就更长了。
　　而对于一些重大项目而言，用户是很难忍受这样长时间的运行中断的。因此，就需要通过双机热备，来避免长时间的控制系统运行中断，保证系统长期、可靠的服务。
　　在户外景观控制系统中，上位机（或脱机主控）作为控制系统的数据存储及发送端，工作状态的要求十分严格，而常规控制系统中上位机常常仅选用单台。当上位机出现故障的时候，控制系统即会出现整体瘫痪的情况。
　　而”双机热备“功能在户外景观控制系统的应用十分罕见（尤其在国内控制系统中），且造价十分昂贵，即便采用了双机结构，仅仅达到备用机的作用，远远达不到双机热备的功能要求。

　　MR-双机热备控制系统，可应用于联机控制系统与脱机控制系统，其控制系统架构如下：

　　联机系统双机热备架构图

　　脱机系统双机热备架构图

　　五、环境光控系统的应用
　　LED照明的优势即为节能环保照明，而在环境光控领域就突出体现了LED控制系统不仅仅是作为编播效果控制，同时也具备了节能环保的突出特点。
　　环境光控通过采集环境光照的强度，通过环境光控制器来实时控制LED灯具显示的亮度值。

　　如在刚入夜的时候环境光照强，灯具即显示亮度高，以便效果醒目突出，而在深夜时，环境光照弱，灯具即显示亮度低，以便达到节能环保的目的。同时亮度的强弱变化范围可自定义设置。

　　六、LED灯具智能检测
　　若论在LED景观照明领域，2015最热捧的技术是什么？那么很多人都会想到LED灯具的智能检测功能。
　　LED灯具的智能检测主要集中于如下几方面进行检测：
　　（1）灯具各通道所消耗的电流值；
　　（2）灯具所消耗的电压值；
　　（3）灯具的核心温度；
　　（4）灯具的运行时间；
　　（5）灯具制造信息；
　　在DMX512控制系统中，根据DMX512控制系统传输调光控制数据，实现调光控制。应用系统中控制数据不间断地从控制器发出，经由数据总线单向传输至LED灯具。
　　由于DMX512协议标准没有明确定义通讯的逆向传输，用户不能通过控制系统检测LED灯具的工作状态。为实现让用户能通过控制系统，实时监控LED灯具工作状态，RDM（远程设备管理）技术标准应运而生。
　　因此，RDM与DMX512是紧密关联的，其主要作用是实现远程设备管理，实现这个作用的物理传输平台是基于DMX512系统架构。
　　MR控制系统为实现用户对LED灯具的实时监控的应用需求，在DMX512控制系统的基础上推出RDM应用功能，通过RDM控制系统实现针对LED灯具工作状态的实时监控。
　　MR控制系统针对RDM灯具检测功能，其中包括电压、电流及温度的自动检测功能。
　　在RDM控制系统的应用方案中，包含上位机软件、控制器、解码芯片、电压检测电路、电流检测电路及温度检测检测电流等必要组成部分。
　　本次我们概述了户外景观LED控制系统的方案设计中常遇到的技术局限及一些解决方案，面对如山如海的控制系统方案，视为沧海之一粟，希望更多的用户、同行能够更多的交流与沟通。