X25045在舞台灯光换色器设计中的应用

引言

舞台灯光效果设计是舞台场景设计的重要组成部分。目前国内使用的各种新型灯光设备，如换色器、调光器、电脑灯等大多是从国外进口，国内几乎没有生产。为此，我们应国内某舞台灯不设备厂的要求设计了一种以AT89C2051单片机为控制器的新型舞台灯光换色器HSQ-1A。该换色器可变换8种色彩，换色精度高，工作可靠。使用时，舞台上所有的换色器和总控制台根据RS-485协议连成总线网络；总控制台作为主机通过总线发布命令，控制所有换色器的工作。以下介绍换色器的工作原理及设计方案。

一、系统结构和工作原理

换色器由一个中空的框架、两根卷轴以及各色透光薄膜组成。制作时，首先将不同颜色的透光膜连接成条幅，并在条幅的两端安上卷轴。然后用卷轴将条幅卷起，以活动的方式把卷轴安装在框架的两侧。使用时，把换色器放在白色光源前方，转动两根卷切换不同颜色的透光膜，从而产生不同颜色的灯光效果。这种不换光源只换透光膜的换色方案，与更换不同颜色光源的方案相比，虽然换色速度较慢，但成本低，可靠性高。因此，换色器在换色频度低的场合中应用很广。

在换色器的设计中，重点在于卷轴的驱动和定位机构的设计。过去，采用的交流电机和光电码盘实现方式，运行噪声大、定位精度差，在实际使用中效果不理想。现在，在新换色器中选用步进电机作为驱动和定位机构，彻底解决了以上问题。换色器工作时运行平稳、噪声小、定位精度高，完全达到了设计要求。 （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）

总控制台与换色器之间的通信使用DMX512数据传输协议。DMX512协议是美国舞台灯光协会（USITT）于1990年发布的一种灯光控制器与灯具设备进行数据传输的标准。这包括电气特性、数据协议、数据格式等各方面的内容。

DMX512电气特性与RS-485完全兼容，包括驱动器/接收器的选择、线路负载和多站配置等方面的要求都是一致的。

DMX512数据协议规定使用250Kbps的波特率。在进行正常数据传输之前，发送1个复位信号，声明数据传输的开始。随后的第1帧数据称为起始代码，其中包含设备类型码，以指明后续数据的接收设备的类型。最后，按设备编号的顺序给每个设备发送1帧数据，依次为：1#设备数据帧、2#设备数据帧，直至最后一个设备。设备总数最多可达512个，数据帧间隔为高电平，最长不超过1s。

DMX512数据格式规定，1帧数据长度为11位。按传送顺序说明如下：

第1位——起始位，低电平（SPACE）；

第2～9位——数据位，从最低位到最高位（LSB～MSB），正逻辑；

第10、11位——停止位，高电平（MARK）；

奇偶校验位——不传送。

二、硬件电路

换色器硬件电路如图1所示：

ULN2003A是内含7个达林顿管的驱动芯片，输入电压与TTL电平兼容。每个上达林顿管的集电极可吸收最大500mA的电流，耐压30V，因此可以用来驱动四相步进电机。

74LS125三态门用于控制电机的工作方式。电机正常工作时，74LS125处于导通状态，两个电机可以同方向、同步转动；电机复位时，三态门阻断，只有一个电机可以转动。