12-kanałowy regulator mocy sterowanyR O J E K T Y
P sygnałem DMX512
12-kanałowy regulator
mocy sterowany
sygnałem DMX512,
część 1
Opis dotyczy zestawu
regulatorÛw duÅ‚ej mocy, ktÛre
mogą byĘ wykorzystane
w dułych systemach
sterowania oświetleniem
scenicznym lub estradowym.
Co prawda do tej pory
w Elektronice Praktycznej
oraz w Elektronice dla
Wszystkich opublikowano kilka
opisÛw rÛÅ‚nego rodzaju
regulatorÛw, lecz miaÅ‚y one
jednÄ… podstawowÄ… wadÍ,
jełeli chodzi o zastosowanie
Profesjonalne systemy sterowa- TrochÍ historii
w systemach oświetlenia
nia oÅ›wietleniem skÅ‚adajÄ… siÍ z ze- Jak radzono sobie z problemem
scenicznego - brak mołliwości
spoÅ‚u regulatorÛw o mocy na ogÛÅ‚ regulacji oÅ›wietleniem 30, 40 lat
sterowania z wiÍkszej
5 kW kaÅ‚dy, umieszczonych w po- temu, gdy elementy pÛÅ‚przewod-
odległości.
bliłu sceny oraz pulpitu nastaw- nikowe dułej mocy - takie jak
Rekomendacje: projekt
czo-regulacyjnego znajdujÄ…cego siÍ tyrystory lub triaki - byÅ‚y niedo-
przeznaczony dla
w takim miejscu, skÄ…d zapewnio- stÍpne (przynajmniej w Polsce),
uÅ‚ytkownikÛw nowoczesnych
ny jest wglÄ…d na scenÍ (czÍsto nie wspominajÄ…c o komputerach?
systemÛw sterowania odlegÅ‚ośĘ miÍdzy tymi dwoma PrzedstawiÍ parÍ rozwiÄ…zaÒ, ktÛre
elementami systemu jest znaczna). stosowano do sterowania oświet-
oświetleniem scenicznym
W starszych systemach sterowanie leniem scenicznym. Oczywiście,
i dyskotekowym.
odbywa siÍ na drodze analogowej. byÅ‚y to urzÄ…dzenia stacjonarne,
Do kaÅ‚dego regulatora doprowa- poniewaÅ‚ ze wzglÍdu na gabaryty
dzona jest para przewodÛw ste- i ciÍÅ‚ar nie moÅ‚na byÅ‚o ich prze-
rujÄ…cych, po ktÛrych przesyÅ‚any woziĘ.
jest niskonapiÍciowy sygnaÅ‚ steru- W latach powojennych stoso-
jÄ…cy z pulpitu nastawczo-regula- wano w teatrach nastawnie typu
cyjnego. Bordoni. Kabina oświetleniowa
przypominała bardziej
wnÍtrze parowozu niÅ‚ urzÄ…-
Specyfikacja standardu DMX512 została
dzenie słułące do regulacji
szczegółowo opisana w marcowym numerze
oświetlenia scenicznego.
polskiej edycji Elektora z 1998 roku.
SkÅ‚adaÅ‚a siÍ z dwÛch pod-
stawowych elementÛw: ze-
spoÅ‚u autotransformatorÛw
Obecnie odchodzi siÍ od tego z uzwojeniami nawiniÍtymi na
typu sterowania na rzecz standar- pionowych rdzeniach oraz wÍglo-
Uwaga! Ze wzglÍdu na
du DMX512, ktÛry wymaga do wych szczotek, ktÛre przesuwaÅ‚y
duÅ‚Ä… liczbÍ rysunkÛw, w tej
transmisji takÅ‚e jednej pary prze- siÍ po uzwojeniach transformato-
czÍÅ›ci artykuÅ‚u publikujemy
wodÛw, jednak ze wzglÍdu na rÛw. ByÅ‚y zaopatrzone w dwa
schematy elektryczne,
duÅ‚e czÍstotliwoÅ›ci muszÄ… to byĘ uchwyty - do gÛrnego przymoco-
do ktÛrych opis znajdzie siÍ kable specjalne, zakoÒczone odpo- wana byÅ‚a linka, ktÛrÄ… moÅ‚na
wiednimi zÅ‚Ä…czami. byÅ‚o przesuwaĘ szczotkÍ do gÛry,
w EP5/2003.
Elektronika Praktyczna 4/2003
27
12-kanałowy regulator mocy sterowany sygnałem DMX512
Tab. 1. Funkcje wyprowadzeń
w 5-stykowym złączu AXR/XLR
Końcówka Funkcja
1 Masa (ekran)
2 DMX -
3 DMX +
4 Brak połączenia (może
być połączone z DMX -)
5 Brak połączenia (może
być połączone z DMX +)
Rys. 1. Interfejs RS - 485 stosowany do transmisji danych w systemach
DMX512
Tab. 2. Funkcje wyprowadzeń
problemy w codziennej eksploata- odpowiadaÅ‚a na ogÛÅ‚ liczbie re-
w 3-stykowym złączu AXR/XLR
cji, np.: spadajÄ…ce linki, zawiesza- gulatorÛw. Kaseta byÅ‚a wyposaÅ‚o-
Końcówka Funkcja
jÄ…ce siÍ szczotki czy teÅ‚ wystÍ- na w trÛjpozycyjny przeÅ‚Ä…cznik
pujące podczas szybkich zmian hebelkowy umołliwiający wybra-
1 Masa (ekran)
uderzenia o siebie przeciwwag, co nie jednego z trzech ściemniaczy
2 DMX -
dawaÅ‚o niezamierzone efekty akus- generalnych, od ktÛrego kaseta
3 DMX +
tyczne. otrzymywaÅ‚a napiÍcie sterujÄ…ce.
NastÍpnie zaczÍto stosowaĘ Kasety byÅ‚y pogrupowane w pola
co powodowaÅ‚o wzrost napiÍcia transduktory, czyli tzw. wzmac- nastawcze - na ogÛÅ‚ cztery. KaÅ‚de
wyjściowego, natomiast opuszcza- niacze magnetyczne. Ich sterowa- z nich zawierało tyle kaset, ile
nie suwaka realizowane byÅ‚o przez nie realizowaÅ‚o siÍ przez zmianÍ byÅ‚o regulatorÛw. GÅ‚Ûwki suwa-
poluzowanie linki, a przeciwwagi napiÍcia sterujÄ…cego w zakresie kÛw oraz przeÅ‚Ä…cznikÛw na kaÅ‚-
przymocowane do dolnego uchwy- 0...24 V. Ten sposÛb sterowania dym polu miaÅ‚y innÄ… barwÍ (czer-
tu szczotki Å›ciÄ…gaÅ‚y jÄ… do doÅ‚u. umoÅ‚liwiaÅ‚ umieszczenie kabiny wonÄ…, zielonÄ…, Å‚ÛÅ‚tÄ…, oranÅ‚, ewen-
ZespÛÅ‚ autotransformatorÛw na oÅ›wietleniowej w dogodnym miej- tualnie biaÅ‚Ä…). Zastosowanie ko-
ogÛÅ‚ znajdowaÅ‚ siÍ pod scenÄ…, scu, gdzie realizator miaÅ‚ peÅ‚ny lorÛw uÅ‚atwiaÅ‚o wykonanie zapi-
a caÅ‚y mechanizm sterujÄ…cy byÅ‚ wglÄ…d na scenÍ. RÛwnieÅ‚ zasto- su Å›wiatÅ‚a, np.: I zielony 10/50,
umieszczony nad poziomem sce- sowane pulpity nastawczo-regula- 12/50, 25/80, 27/100.
ny, przewaÅ‚nie na ktÛrejÅ› z wieÅ‚ cyjne umoÅ‚liwiaÅ‚y realizacjÍ bar- W takim zapisie liczba w licz-
scenicznych. SkÅ‚adaÅ‚ siÍ on z re- dziej skomplikowanych zmian niku oznaczaÅ‚a numer obwodu
guÅ‚y z trzech lub czterech waÅ‚Ûw, Å›wiatÅ‚a. Pulpit taki skÅ‚adaÅ‚ siÍ (reflektora), a w mianowniku -
na ktÛrych umieszczone byÅ‚y z zespoÅ‚u kaset regulacyjnych, procent, na jaki ma byĘ ustawiony
düwignie z przymocowanymi lin- czyli potencjometrÛw suwako- suwak kasety. Zapis ìI zielonyî
kami sterującymi ruchem suwa- wych drutowych, o długości oznaczał, łe przełącznik hebelko-
kÛw autotransformatorÛw. Düwig- Å›cieÅ‚ki ok. 15 cm. Liczba kaset wy kasety ma byĘ ustawiony
nie te były wyposałone w klucze
dajÄ…ce siÍ ustawiĘ w odpowiednie
pozycje:
- brak połączenia z wałem (pod-
czas obrotu waÅ‚u düwignia po-
zostawała w spoczynku),
- obrÛt waÅ‚u w prawo powodowaÅ‚
Rys. 2. Sposób łączenia odbiorników systemach DMX512
zwiÍkszenie napiÍcia wyjÅ›cio-
wego danego obwodu (obrÛt
w lewo powodował odwrotną re-
akcjÍ),
- obrÛt waÅ‚u w prawo powodowaÅ‚
zmniejszenie napiÍcia wyjÅ›cio-
wego danego obwodu (obrÛt
w lewo powodował odwrotną re-
akcjÍ).
WaÅ‚ obracany byÅ‚ rÍcznie za
pomocą dułego koła i był wypo-
sałony w tak zwany precyzer
umołliwiający bardzo wolne
wprowadzanie obrazu świetlnego.
Nastawnie te umołliwiały bar-
dzo płynne wprowadzanie scen
świetlnych oraz nie wnosiły za-
kÅ‚ÛceÒ elektroenergetycznych, jed-
Rys. 3. Budowa ramki DMX - zawiera informację dla 1 kanału, oraz
nak duÅ‚a liczba elementÛw me-
przebiegi czasowe dla sygnału RESET/BREAK, MARK AFTER BREAK, oraz
chanicznych powodowała liczne
START CODE
Elektronika Praktyczna 4/2003
28
12-kanałowy regulator mocy sterowany sygnałem DMX512
w pozycji pierwszej, czyli
Å‚e bÍdzie zasilana z pierw-
szego ściemniacza general-
nego oraz Å‚e dotyczy pola
zielonego.
åciemniacz generalny
byÅ‚ to zestaw dwÛch auto-
transformatorÛw umieszczo-
nych na wspÛlnej osi,
z uzwojeniami połączonymi
tak, łe na wyjściu pierw-
szego napiÍcie miaÅ‚o war-
tośĘ 0 V, a drugiego - 220
V. Poprzez obrÛt nastÍpo-
waÅ‚a zmiana napiÍĘ. NapiÍ-
cie to podawane było na
transformatory 220 V/24 V,
ktÛre po wyprostowaniu za-
silało kasety regulacyjne
nie wprost, lecz przez ze-
spÛÅ‚ przekaünikÛw umoÅ‚li-
wiajÄ…cych wybÛr jednego
z czterech pÛl nastawczych.
Taki model pulpitu na-
stawczo-regulacyjnego krÛ-
lował w teatrach przez wie-
le lat. ZmieniaÅ‚y siÍ tylko
konstrukcje regulatorÛw,
transduktory zastąpiły bar-
dziej niezawodne tyrystory
i triaki. Z czasem zaczÍto
stosowaĘ mikroprocesory
i konstrukcje te stopniowo
wyparły tradycyjne pulpity
nastawczo-regulacyjne.
PoczÄ…tkowo pulpity
miały wyjścia analogowe
0...10V, co pozwalało wy-
korzystaĘ linie sterujące
nastawni analogowej - do
kałdego regulatora docho-
dziły dwa przewody steru-
jÄ…ce. W rozbudowanych
systemach ich liczba do-
chodziła do kilkuset. Właś-
nie ta ogromna liczba linii
sterujących była impulsem
do opracowania nowego ro-
dzaju regulatorÛw - regu-
latorÛw cyfrowych i proto-
kołu zapewniającego ich
sterowanie. Obecnie naj-
bardziej popularny jest
standard DMX512.
Co to jest DMX512?
Odrobina teorii
System DMX512 (Digital
MultipleX for 512 units) to
inaczej cyfrowy multipleks
dla 512 jednostek. Został
on opracowany w USA
przez United States Institu-
Rys. 4. Schemat elektryczny regulatora - część mikroprocesorowa, detektory
te for Theatre Technology
przejścia przez zero
Elektronika Praktyczna 4/2003
29
12-kanałowy regulator mocy sterowany sygnałem DMX512
Rys. 5. Schemat elektryczny dekodera adresowego
(USITT) - Instytut Technologii zmienia siÍ w sposÛb liniowy, kowych. Funkcje stykÛw w oby-
Teatralnych StanÛw Zjednoczo- lecz skokowo (z krokiem 220 V/ dwu rodzajach zÅ‚Ä…czy opisano
nych. Jest to wydajny i stosunko- 255= 0,86 V), co jest szczegÛlnie w tab. 1 i 2.
wo prosty system stosowany prak- widoczne przy stosowaniu Å‚arÛ- UrzÄ…dzenia w standardzie DMX
tycznie na caÅ‚ym Å›wiecie. UmoÅ‚- wek o maÅ‚ej mocy. IstotnÄ… wadÄ… Å‚Ä…czy siÍ ìszeregowoî. SÄ… one tak
liwia wysterowanie 512 kanaÅ‚Ûw jest takÅ‚e opÛünienie w reakcji zbudowane, Å‚e posiadajÄ… wejÅ›cie
za pomocÄ… jednego trÛjÅ‚yÅ‚owego odbiornika, ktÛre wynosi ok. 0,005 dla sygnaÅ‚u oraz wyjÅ›cie, ktÛre
przewodu. Zalety tego systemu sÄ… sekundy, jednak - jeÅ‚eli chodzi umoÅ‚liwia podÅ‚Ä…czenie nastÍpnej
niebagatelne: oszczÍdne okablo- o regulatory - moÅ‚na go nie braĘ jednostki. Do wyjÅ›cia ostatniego
wanie, duÅ‚a odpornośĘ na zakÅ‚Û- pod uwagÍ (bezwÅ‚adnośĘ wÅ‚Ûkna urzÄ…dzenia w szeregu naleÅ‚y za-
cenia, linia sterujÄ…ca moÅ‚e mieĘ Å‚arÛwki i tak jest wiÍksza). wsze podÅ‚Ä…czyĘ tzw. terminator -
długośĘ do 1200 m (mołna ją Do przesyłania sygnału magis- jest to po prostu wtyk XLR
zwiÍkszyĘ, stosujÄ…c repeatery). Ma tralÄ… DMX512 wykorzystywany z opornikiem 120 &! doÅ‚Ä…czonym
teÅ‚ swoje wady, z ktÛrych najpo- jest interfejs RS485. Jako nadajnik pomiÍdzy styki 2. i 3. JeÅ‚eli licz-
waÅ‚niejszÄ… jest maÅ‚a rozdzielczośĘ. i odbiornik stosuje siÍ ten sam ba urzÄ…dzeÒ w szeregu jest wiÍk-
Jest tak, poniewał do określenia typ układu 75176 (rys. 1). Zgod- sza od 32 lub długośĘ kabla
wartoÅ›ci, np. napiÍcia wyjÅ›ciowe- nie z normÄ…, do Å‚Ä…czenia ze sobÄ… sterujÄ…cego wynosi wiÍcej niÅ‚
go regulatora, uÅ‚ywa siÍ tylko urzÄ…dzeÒ naleÅ‚y uÅ‚ywaĘ 5-styko- 1200 m, to naleÅ‚y zastosowaĘ
oÅ›miu bitÛw. Powoduje to, Å‚e wych zÅ‚Ä…cz XLR. Dopuszcza siÍ repeater DMX, czyli wzmacniacz
napiÍcie wyjÅ›ciowe regulatora nie rÛwnieÅ‚ stosowanie zÅ‚Ä…czy 3-sty- sygnaÅ‚u DMX, do ktÛrego wyjÅ›cia
Elektronika Praktyczna 4/2003
30
12-kanałowy regulator mocy sterowany sygnałem DMX512
mołna podpiąĘ kolejne 32 odbior- 1990). Po przesłaniu MAB, sterow- - utrzymanie ostatniej otrzymanej
niki lub dodatkowy odcinek kabla nik wysyła tzw. bajt startowy wartości,
sterujÄ…cego (rys. 2). (START CODE), ktÛry w zamyÅ›le - pÅ‚ynne wyÅ‚Ä…czenie urzÄ…dzenia,
O ile w specyfikacji RS485 zde- twÛrcÛw protokoÅ‚u DMX miaÅ‚ - natychmiastowe wyÅ‚Ä…czenie
finiowane sÄ… poziomy napiÍĘ oraz okreÅ›laĘ, czy wysyÅ‚ane po nim urzÄ…dzenia,
wymagania co do sposobu łączenia dane mają sterowaĘ regulatorami, - wysterowanie urządzenia wcześ-
urzÄ…dzeÒ, to DMX512 specyfiko- czy teÅ‚ innymi urzÄ…dzeniami. Po- niej zaprogramowanÄ… wartoÅ›ciÄ….
wany jest protokÛÅ‚, zgodnie z ktÛ- niewaÅ‚ dokÅ‚adnie nie wiedziano, To, jakie rozwiÄ…zanie zostanie
rym sÄ… przesyÅ‚ane dane. PodstawÄ… o jakie urzÄ…dzenia bÍdzie chodziÅ‚o, zastosowane, bÍdzie w duÅ‚ej mie-
jest tak zwana ramka, w skÅ‚ad wiÍc przyjÍto jego wartośĘ 00h - rze zaleÅ‚aÅ‚o od typu urzÄ…dzenia,
ktÛrej wchodzi 1 bit startu, 8 bi- i tak juÅ‚ zostaÅ‚o. Tak wiÍc wartośĘ i tak na przykÅ‚ad regulatory po-
tÛw danych, 2 bity stopu, czyli bajtu startowego musi wynosiĘ winny utrzymywaĘ ostatnio otrzy-
dÅ‚ugośĘ ramki wynosi 11 bitÛw. 00h. JeÅ‚eli jego wartośĘ bÍdzie manÄ… wartośĘ. Nieoczekiwany
Czas trwania jednego bitu to do- inna, odbiornik musi zignorowaĘ BLACKOUT mÛgÅ‚by byĘ niebez-
kÅ‚adnie 4 µs, czyli dÅ‚ugośĘ ramki wszystkie nastÍpne bajty. Po wy- pieczny dla aktorÛw, jak teÅ‚ mÛgÅ‚-
wynosi 44 µs (rys. 3). Jedna ramka sÅ‚aniu sekwencji startowej sterow- by spowodowaĘ nieoczekiwanÄ… re-
zawiera informacjÍ o jednym kana- nik rozpoczyna transmisjÍ bajtÛw akcjÍ publicznoÅ›ci, zwÅ‚aszcza
le DMX, co oznacza, Å‚e do wy- z danymi, poczÄ…wszy od pierwsze- dzieciÍcej, natomiast wszelkie na-
sÅ‚ania informacji dotyczÄ…cej go kanaÅ‚u. Przerwa pomiÍdzy ram- pÍdy wind scenicznych, zapadni
wszystkich kanaÅ‚Ûw potrzeba 512 kami danych jest oznaczana jako czy teÅ‚ sztankietÛw powinny zo-
ramek. Jednak aby odbiornik wie- MARK BETWEEN FRAME (MBF) staĘ w sposÛb pÅ‚ynny wyÅ‚Ä…czone,
dziaÅ‚, kiedy nastÍpuje poczÄ…tek i moÅ‚e wynosiĘ od zera do jednej poniewaÅ‚ ich niekontrolowane
transmisji - czyli ktÛry kanaÅ‚ jest sekundy. Czas potrzebny do wy- dalsze dziaÅ‚anie byÅ‚oby niebez-
pierwszy - zaczyna siÍ ona syg- sÅ‚ania jednego kompletu danych pieczne. Na ogÛÅ‚ uÅ‚ytkownik ma
naÅ‚em RESET lub (w innych opi- zaleÅ‚y od liczby kanaÅ‚Ûw - norma moÅ‚liwośĘ okreÅ›lenia reakcji urzÄ…-
sach) BREAK. Jakkolwiek jest on okreÅ›la maksymalnÄ… liczbÍ kana- dzenia na nieoczekiwane przerwy
nazwany, czas jego trwania wynosi Å‚Ûw, tj. 512 i dla tej liczby wynosi w transmisji DMX.
minimum 88 µs. NastÍpnym syg- on 22668 µs, czyli dane sÄ… od- Andrzej BiliÅ„ski
naÅ‚em jest znacznik - MARK AF- Å›wieÅ‚ane 44 razy na sekundÍ.
TER BREAK (w skrÛcie MAB). ProtokÛÅ‚ nie definiuje rÛwnieÅ‚ re- Wzory pÅ‚ytek drukowanych w for-
Czas jego trwania ustalono na 8 µs akcji odbiornikÛw, jeÅ‚eli zostanie macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
(pÛüniej powstaÅ‚y systemy zdolne przerwana transmisja DMX. Produ- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
rozpoznaĘ znacznik o dÅ‚ugoÅ›ci 4 µs cenci sprzÍtu stosujÄ… w tym przy- ?pdf/kwiecien03.htm oraz na pÅ‚ycie
i sÄ… one oznaczone jako DMX512/ padku rÛÅ‚ne rozwiÄ…zania, np.: CD-EP4/2003B w katalogu PCB.
WYKAZ ELEMENTÓW
Część mikroprocesorowa (rys. 4) B1: bezpiecznik topikowy 100mA Różne
+ gniazdo do druku
Rezystory SW1.1...SW3.1: nastawnik kodowy
K2, K8: styk konektorowy płaski DEC/BCD
0,125W jeśli nie zaznaczono
do druku (męski) w prototypie
inaczej Z1.1...Z3.1: złącze 5x1 raster
zastosowano złącze z oferty ELFY
2,54mm komplet (stosować przy
R1, R2, R6: 56k&!/2W
nr katalogowy 48-251-21
nastawnikach montowanych na
R3, R5, R7, R10: 10k&!
z usuniętym środkowym stykiem
płycie czołowej)
R4, R8, R9: 1M&!
K1, K7: złącze 3x1 raster 2,54mm
DP1.1: DIP switch (4 segmenty)
R11: 1k&!
komplet
R12: 470&!
K3, K4, K6: złącze 5x1 raster
Wyjściowy stopień mocy (rys. 6)
Kondensatory
2,54mm komplet
Rezystory
C1...C3, C6: 100nF ceramiczny
K5: złącze 4x1 raster 2,54mm
R1....R4: 300&!/0,125W
C4...C5: 100µF/25V
komplet (można nie montować,
R5....R8: 27&!/2W
Półprzewodniki
przewidziane do ewentualnej
Kondensatory
D1....D5: dioda LED rozbudowy - SPI)
C1...C4: 100nF/400V
T1& T3: BC547 K9: 5x2 raster 2,54mm header (ISP)
Półprzewodniki
U1& U3: CNY17 transoptor JP1...JP3: jumpery
LED1...LED4: dioda LED
U4, U5, U7: AT90S4433 - G1: generator kwarcowy 8MHz
Triak1....Triak4: BTA26-600
zaprogramowany
U1...U4: MOC3020
U6: DS1813 Dekoder adresowy (rys. 5)
Różne
U8, U9: 75176 Rezystory
CON1...CON8: styk konektorowy
U10: mostek prostowniczy Wszystkie rezystory 0,125W
płaski do druku (męski) w
(okrągły)
R1.1...R2.1: 300&!
prototypie zastosowano złącze z
U11: 7805
R3.1...R14.1: 3,6k&!
oferty ELFY nr katalogowy 48-251-
Różne
Półprzewodniki
21 z usuniętym środkowym stykiem
TR1: TSZZ 2,2/005M - transformator
D1.1, D2.1: dioda LED
K1: złącze 5x1 raster 2,54mm
sieciowy do druku
U1.1, U2.1: 7427 komplet
Elektronika Praktyczna 4/2003
31