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數(shù)字化舞臺布光燈具控制器的設(shè)計
摘要：介紹了舞臺布光系統(tǒng)中的重要部件——數(shù)字化燈具控制器的設(shè)計思想和實現(xiàn)方案，采用流行的CAN總線實現(xiàn)了分布式控制，利用模糊控制算法實現(xiàn)了燈具各自由度的穩(wěn)定的位置伺服。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線 CAN 模糊算法
隨著廣播電視事業(yè)的不斷發(fā)展，電視節(jié)目的制作越來越多樣化，對演播廳的功能及技術(shù)要求也越來越高。舞臺布光系統(tǒng)是演播設(shè)備的重要組成部分，它的作用是通過對垂直吊桿、機械化燈具的多動作控制，利用聚光燈、柔光燈等設(shè)備進(jìn)行大面積的燈光投射，制造滿足攝像機光度要求的背景光線。
綜藝演播廳的規(guī)模目前正逐步擴大，從600m2增加到了1000m2、1500m2，直至2000m2。一個1000m2的演播廳需要500～600盞各式燈具。如果采用集中式控制，勢必造成控制電腦重負(fù)，現(xiàn)場布線混亂，因此新型的布光系統(tǒng)均采用分布式控制，燈光師在控制臺前操作，控制臺利用現(xiàn)場總線將控制信息下發(fā)，提升機控制器和燈具控制器接收指令后自動運行到設(shè)定的位置和角度，完成位置伺服。 本文主要介紹舞臺布光系統(tǒng)中的重要部件--基于現(xiàn)場總線的數(shù)字化燈具控制器的設(shè)計思想和實現(xiàn)方案。
1 整體方案
本文介紹的燈具控制器具備5個自由度的控制能力：水平、俯仰、調(diào)焦、左扉和右扉(左扉、右扉指燈具前方用于遮擋光路的扉頁)，同時具備過流檢測、超速檢測、傳感器失效檢測等功能，并且可以與控制臺進(jìn)行雙向通訊，接收控制臺發(fā)來的指令或上報燈具狀態(tài)。
燈具控制器主要由位置測量、電機驅(qū)動、CAN總線通信接口等功能模塊組成，整體方案如圖1所示。它采用基于8051內(nèi)核、內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路的80C552作為主CPU。
燈具各自由度輸出轉(zhuǎn)軸裝有線性型精密電位器進(jìn)行位置測量(對于調(diào)焦測量，使用齒輪齒條機構(gòu)將直線位移轉(zhuǎn)換為角度位移)。電位器的活動范圍為270度，使用10bitA／D轉(zhuǎn)換器，最高理論精度為270度／210=0．263度。
CPU將實測位置和控制臺傳來的設(shè)定位置進(jìn)行比較，計算出應(yīng)如何驅(qū)動伺服電機。
電機的控制電路采用PWM方式，每個電機由一個H橋驅(qū)動，效率高、發(fā)熱小、易于調(diào)試。由于要控制5個直流減速電機，因此需要5組雙相共10路PWM信號，由一片10通道PWM芯片生成。該芯片實際上是由新型的高速AVR單片機AT90s2313構(gòu)成的虛擬外設(shè)，通過軟件編程仿真PWM功能。80C552利用串口將各個通道的PWM值發(fā)送給AT90s2313，AT90s2313在內(nèi)存中生成相應(yīng)的PWM信號序列，定時向外輸出，實測PWM重復(fù)頻率為9．8kHz。程序中設(shè)計了特定算法，可以保證功率驅(qū)動模塊的某個橋臂關(guān)斷后，對側(cè)橋臂要延時一段時間才會開通，避免由于開關(guān)速度的影響導(dǎo)致上下橋臂直通。
由于直流電機的啟動電流和換向電流遠(yuǎn)大于正常工作電流，過高的啟動電流除了會造成系統(tǒng)成本增加外，還有可能燒毀換向器；另外，直流電機的電磁力矩與電流成正比，過高的啟動力矩也對機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定不利。因此，在電路中設(shè)計了過流斬波裝置來限制啟動電流。
使用現(xiàn)場總線進(jìn)行分布式控制是本系統(tǒng)的主要特色之一，本方案中選用了CAN總線，燈具對外連線除電源線外，只有一根屏蔽式雙絞線，布線方便、成本低廉、擴展
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