Применение приёмопередатчиков RS-485 в оборудовании стандарта DMX512

Оборудование сценического освещения и создания спецэффектов, применяемое в современных драматических и оперных театрах, концертных залах и на спортивных аренах, использует сложные сети передачи данных. Эти сети, протяжённость которых нередко достигает 1200 м, обеспечивают обмен данными между сотнями сетевых узлов, управляющих светорегуляторами, подвижными прожекторами, генераторами дыма и другим оборудованием для создания спецэффектов.Первым стандартом, описывающим методы надёжного обмена данными между устройствами такого рода, стал стандарт DMX512, разработанный в 1986 году инженерным комитетом Института Театральных Технологий США (United States Institute for Theatre Technology — USITT). В 1998 году поддержку этого стандарта взяла на себя ассоциация поставщиков услуг и технического обеспечения для индустрии развлечений (Entertainment Services and Technology Association — ESTA). Обновлённая версия стандарта в 2004 году была одобрена Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute — ANSI). Стандарт был повторно пересмотрен в 2008 году и в настоящее время является официальным стандартом ANSIE1.11 2008, который называется «Entertainment Technology — USITTDMX512A — Asynchronous Serial Digital Data Transmission Standard for Controlling Lighting Equipment and Accessories», или, кратко, DMX512-A.

DMX512 RS485

Топология

Сеть DMX512 использует многоточечную топологию, аналогичную описанной в стандарте RS-422. Такая топология предусматривает наличие одного контроллера (ведущего узла), который периодически отсылает управляющие данные множеству приёмников (ведомым узлам). Все узлы сети соединены последовательно (цепочкой): каждый ведомый узел имеет вход (разъём IN) и выход (разъём OUT). Контроллер, имеющий только разъём OUT, подключается к разъёму IN первого ведомого узла. Разъём OUT первого ведомого соединяется с разъёмом IN следующего ведомого, и т.д.
К разъёму OUT последнего ведомого в цепочке подключается оконечная нагрузка — резистор сопротивлением 100 или 120Ом.
Чтобы избежать путаницы между входящими и исходящими информационными сигналами портов DMX512, в качестве разъёмов IN используются вилки XLR-5, а в качестве разъёмов OUT — розетки XLR-5:

DMX512 XLR

Протокол

Контроллер DMX512 передаёт пакеты последовательных данных в асинхронном режиме со скоростью 250 Кбит/с. Пакет данных начинается с сигнала паузы (break), имеющего НИЗКИЙ уровень, после которого передаётся сигнал маркера (mark) ВЫСОКОГО уровня. Эта последовательность называется «маркер после паузы» (Mark-After-Break — MAB). После MAB формируются временные слоты, в каждом из которых передаётся одно слово, состоящие из одного старт-бита, восьми битов данных и двух стоп-битов. Пакет DMX512 может содержать до 513 временных слотов, из которых 512 будут слотами данных. Первый слот, называемый стартовым кодом, определяет тип данных, содержащихся в пакете.

Протокол DMX512

Физический уровень

Физический уровень сети стандарта DMAX512-A реализован на основе промышленного интерфейса EIA-485, который позволяет подключать к одному сегменту шины до 32 устройств при длине сегмента до 1200 м. Для соединения устройств обычно используется витая пара с волновым сопротивлением 120 Ом (кабель RS-485) или 100 Ом (кабель CAT5). На дальнем конце шины устанавливается согласующий резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля.
В дополнение к требованиям стандарта EIA-485, стандарт DMX512-A рекомендует заземлять порты передатчиков и изолировать порты приёмников, чтобы избежать возникновения паразитных контуров заземления.

DMX512 физический уровень

Кроме того, стандарт DMX512-A предусматривает возможность использования топологий с расширенной функциональностью (Enhanced-Functionality — EF), в рамках которых разрешается применение устройств-ответчиков (responders). Ответчиками называются приёмные узлы, которые могут возвращать контроллеру информацию о своём состоянии. Наиболее часто применяются топологии EF1 и EF2. В топологии EF1 для связи между контроллером сети DMX512 и ответчиками используется полудуплексный канал связи, тогда как топология EF2 обеспечивает дуплексную связь между узлами
сети. Но в любом случае ответчики, относящиеся к категории приёмных устройств, должны иметь изолированные порты приёма и передачи.
В приложениях подобного рода лучше всего задействовать дуплексные приёмопередатчики RS-485, поскольку их можно приспособить не только для обычных систем DMX512 (с устройствами, обеспечивающими только приём данных), но и для полудуплексной и дуплексной конфигураций, используемых в системах EF1 и EF2 соответственно.
Ниже показан законченный вариант схемы устройства-ответчика, удовлетворяющий требованиям стандарта DMX512-A. Изолированный малопотребляющий приёмопередатчик ISO35T компании Texas Instruments с напряжением питания 3.3 В формирует сигналы, соответствующие спецификации шины RS-485, обеспечивая дифференциальное выходное напряжение
с номинальным значением 2 В (минимум — 1.5 В) при полной дифференциальной и синфазной нагрузке. Максимальная скорость передачи этой микросхемы составляет 1 Мбит/с, что с лихвой перекрывает требуемые стандартом DMX512-A 250 Кбит/с, а относительно большие длительности фронтов (200 нс) гарантируют низкий уровень электромагнитных помех.

DMX512 физический уровень RS485

В приведённой схеме управляющие данные, полученные по шине DMX512, преобразуются компаратором и передаются через изоляционный барьер на выход R приёмника. С этого выхода данные поступают на вход интерфейса UART микроконтроллера MSP430F2132 компании Texas Instruments. Микроконтроллер передаёт полученные данные по высокоскоростному синхронному
последовательному интерфейсу в 8-канальный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Применённая микросхема ЦАП DAC7718 компании Texas Instruments может формировать на своих выходах двухполярные сигналы напряжением до ±16.5 В и однополярные сигналы напряжением до 33 В.
Остальные элементы схемы сетевого узла, включая ЦАП, микроконтроллер и приёмопередатчик, питаются от однополярного источника напряжением 3.3 В. Для питания изолированной части интерфейса используется линейный стабилизатор с малым падением напряжения (TPS76333 от TI), обеспечивающий ток до 150 мА, а также защиту от перегрева и короткого замыкания.

Из «Журнала по применению аналоговых компонентов» Третий квартал, 2011 Thomas Kugelstadt

Обсуждение на форуме

Один ответ в “Применение приёмопередатчиков RS-485 в оборудовании стандарта DMX512”

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *