基于fpga的景观照明控制系统的设计与实现

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文摘要随着LED照明产业的飞速发展，景观照明控制系统在剧场、体育馆、商业中心、城市广场等场所的应用也越来越广泛。伴随日益增加的应用需求，景观照明控制系统的技术也在不断革新。传统的模拟灯光调控技术由于控制精度不高、抗干扰能力差、调控方式单调等因素已经无法适应市场需求，逐渐被全数字灯光控制技术所替代。目前市面上的数字灯光控制系统多采用单片机或者ARM(AdvancedRISCMachines)作为系统控制核心，结合DMX512协议实现对景观照明灯具的实时控制。单片机工作频率低决定了以其为控制核心的系统运算能力有限，控制速率

2、低，系统实时性较差。而ARM系列嵌入式控制系统尽管有着性能高、成本低、能耗少等优点，但由于其自身所具备的外设资源十分有限使其无法满足景观照明控制系统中大量的LED灯具控制链路的要求。通过软件方式可以对ARM控制系统外设资源进行一定的弥补，但同时也降低了系统的处理速度，难以满足景观照明系统的高实时性要求。随着嵌入式系统的日益发展，系统得将多种芯片结合起来，明确分工相互协调式的系统设计思想已经逐渐得到认同。本论文设计了一种基于ARM构架的CPU和FPGA(Field—ProgrammableGateArray)相结合的方案，实现景观照明控制系统在运

3、算速度和外设资源上互补。本论文同时增加设计了双网络端口网卡芯片DM9003EP在嵌入式系统中的应用，实现嵌入式系统中的可级联以太网接口通信，配合Art—Net网络灯光协议完成网络接口技术在景观照明控制系统中的一个实例应用。本论文设计系统研究并实现以下几点内容：1)实现双网口网卡芯片DM9003的驱动设计，完成控制系统网络数据通信线路的硬件搭建。2)系统向上实现Art—Net网络控制协议，支持控制台对每台系统控制器的网络连接控制和灯光数据传输控制。3)向下兼容现有以DMX512协议为标准的景观照明设备，实现对行业已有资源的有效利用。4)实现系统可

4、级联功能，为Art—Net网络搭建提供一种便捷可靠的连接方案，节省系统结构成本，提高景观照明控制系统的应用灵活性。经实验验证，本论文设计系统基本满足以上内容与要求，系统得实现了一个具有可级联以太网连接功能的景观照明控制器。本课题的研究为景观照明控制技术提供了一种向上结合网络控制协议搭建控制网络，向下结合FPGA扩展系统外设资源，兼容DMX512控制信号的实现方案。关键字：景观照明，FPGA，DMX512协议，Art—Net协议，可级联以太网接口1、-_r一杭州电子科技大学硕士!学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmen

5、tofLEDlightingindustry,thelandscapelightingcontrolsystemiswidelyusedinplacessuchasthetheater,gym，businesscenter,thecitysquareandSOon．Accompaniedbytheincreasingapplicationrequirements，thetechnologyoflandscapelightingcontrolsystemalsoexperiencedcontinuousinnovation．Asthetradit

6、ionalanalogylightingcontroltechnologyhasalotofdisadvantagessuchaslowcontrolaccuracNpooranti—interferenceability,dullcontrolmethods，etc．ithasbeenunabletoadapttothemarketdemand，andhasgraduallybeenreplacedbythedigitallightingcontroltechnology．Atpresent，thedigitallightingcontrol

7、systemonthemarketoftenuseMCUorARM(AdvancedRISCMachines)asthecore，combinedwiththeDMX512protocol，itrealizedthereal—timecontroloverthelandscapelightinglamps．TheoperatingfrequencyoftheMCUislow，anditdecidedthatthesystemwhichchoseMCUascontrolcorehasfollowingcharacteristicssuchasli

8、mitedarithmeticcapability,lowcontrolrate，poorreal—timecapability,etc．Though