一种用于舞台灯的以太网灯光控制系统的制作方法

本实用新型涉及舞台灯技术领域，更具体地，涉及一种用于舞台灯的以太网灯光控制系统。

背景技术：

随着LED在舞台灯具上的广泛使用，原来舞台灯光行业标准使用的DMX512 有线通讯已经不能满足行业的发展，主要体现有两方面，一是DMX512传输速度慢，末端灯具运行会有延迟，二是它功能通道比较少，只有512个功能通道，不能满足多颗LED表演的需求。所以，结合以太网技术和舞台灯具应用的ARTNET协议这几年应运而生。

然而，技术相当成熟的以太网开始时并不是为舞台灯光而实用新型的。由于舞台灯光有着它特殊的应用要求，特别是安装使用要求，所以原有的以太网网络有可能不能完全适合我们舞台灯光的要求，需要我们相应的变更方案。

以太网一般有两种接线网络，一种是总线型网络，一种是星型网络。总线型以太网网络如图1。它的一条网线直接连接多台工作站，它的优点是所需电缆较少，价格便宜，它的缺点是管理成本高，不易隔离故障点，而且它的网速比较慢，一般用于10Mbps网络 ，所以现在的舞台灯具基本不使用总线型网路来实现ARTNET功能。星型以太网网络一般使用专用的网络设备（如集线器或交换机，统称HUB设备）作为核心节点，通过双绞线将局域网中的各灯具连接到核心节点上。星型以太网络如图2。其优点是控制简单、故障诊断和隔离容易和方便服务，但需要耗费大量的电缆，安装、维护的工作量大，中央节点负担重。

舞台灯具一般使用在大型场馆，如体育场馆、歌剧院、演唱会等。使用总线型网络连接是跟原来DMX512的基本相同，是比较容易安装布线的一种方法，但是它的传输速度慢，难于排查故障等固有毛病也决定了它不适合舞台灯光的应用。星型网络虽然传输速度快，可达到100Mbps，而且排查故障相对容易，但是它需要每台灯具都需要一条单独的网线连接到HUB设备的每个端口，如果灯具分布范围比较大，那么需要的网线就非常的多，费用大安装不方便。

技术实现要素：

为克服现有的技术缺陷，本实用新型提供了一种用于舞台灯且所需电缆较少、控制简单、节省成本；易于排查故障点、减少安装维护的工作量和网络传输速度快的以太网灯光控制系统及方法。

为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种用于舞台灯的以太网灯光控制系统，包括ARTNET控台和若干排舞台灯具，每排舞台灯具包括若干台依次串联的舞台灯具，所述舞台灯具内部设有用于接收、切换并传递网络信号的网络切换单元，所述ARTNET控台分别通过网线连接每排舞台灯具中首台舞台灯具的网络切换单元，每排舞台灯具的相邻舞台灯具之间依次通过网线连接，ARTNET控台发出的网络控制信号传递给首台舞台灯具的网络切换单元，当前一台舞台灯具正常工作时，其网络切换单元接收网络控制信号并传递到其内部电路进行处理后传输到后一台舞台灯具的网络切换单元，当前一台舞台灯具发生故障时，其网络切换单元直接将网络控制信号传输到后一台舞台灯具的网络切换单元，网络控制信号用于控制舞台灯的工作状态，内部电路为舞台灯具提供所需电源。

在本实用新型中，ARTNET控台主要作用是发出控制信号控制各舞台灯具的运行，而网线是实现ARTNET通信的主要介质，ARTNET控台通过网线发送控制信号给每排舞台灯具的首台舞台灯具的网络切换单元，首台舞台灯具接收到网络控制信号后，执行信号命令的同时，通过相邻舞台灯具之间的网线将控制信号传递给后一台舞台灯具，再由后一台舞台灯具的网络切换单元接收控制信号并执行命令的同时将控制信号传递后其后面的舞台灯具，以此类推，达到灯光控制的效果。ARTNET是一种基于TCP/IP协议栈的以太网协议。网络切换单元主要用于网络切换。当网络切换单元检测到其所在的舞台灯具正常工作时，网络切换单元会把接收到的网络控制信号直接传输到其所在的舞台灯具内部电路。当网络切换单元检测到其所在的舞台灯具出现故障时，网络切换单元会自动切换使得网络控制信号不进入其所在的舞台灯具内部而直接传递到后一台舞台灯具。

进一步地，所述网络切换单元设在舞台灯具内且设有信号输入端、信号输出端和信号控制端，所述网络切换单元的信号输入端通过网线连接与其相邻的前一台舞台灯具或ARTNET控台，信号输出端通过网线连接其内部电路或后一台舞台灯具的网络切换单元，信号控制端与其所在的舞台灯具内部电路连接，当舞台灯具正常工作时，其网络切换单元的信号输出端与其内部电路连通；当舞台灯具发生故障时，其网络切换单元的信号输出端与后一台舞台灯具的网络切换单元信号输入端连通。

所述信号控制端与其所在的舞台灯具内部电路连接，使得当舞台灯具内部电路发生故障时，能及时控制网络切换单元的信号输出端断开其所在舞台灯具的电路连接且将网络控制信号传递给后一台舞台灯具。

进一步地，所述网络切换单元为继电器阵列。

所述继电器阵列由若干组继电器组合而成。继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

进一步地，还包括用于对网络控制信号进行数据分析和处理并执行网络控制信号的网络数据处理和控制单元，所述网络数据处理和控制单元与网络切换单元的信号输出端连接。

网络数据处理和控制单元用于接收并处理网络信号，根据网络数据执行网络命令，以控制舞台灯具的使用。

进一步地，所述网络数据处理和控制单元包括依次连接的网络数据转换芯片和MCU，所述网络数据转换芯片与所述网络切换单元的信号输出端连接，所述MCU与舞台灯具内部电路连接。

网络数据转换芯片为3端口芯片，通过配制每个端口即可作为输入端口，也可作为输出端口，主要用于把通过输入隔离变压器发送过来的网络控制信号同时传递给MCU和输出隔离变压器。MCU是舞台灯具内的微型控制单元，其主要用于实现网络数据的处理和控制舞台灯具。

进一步地，还包括输入隔离变压器和输出隔离变压器，所述输入隔离变压器设在网络切换单元的信号输出端与网络数据转换芯片之间，所述输出隔离变压器通过网线与后一台舞台灯具网络切换单元的信号输入端连接。

输入隔离变压器和输出隔离变压器主要用于实现网络通信和电气隔离，使网络信号能进入网路数据转换芯片而防止网络中的瞬时冲击损坏舞台灯具内部的其他电路，其中输入隔离变压器负责输入隔离，输出隔离变压器用于输出隔离。

进一步地，还包括电压转换模块，所述电压转换模块与网络切换单元的信号控制端连接。

电压转换模块主要作用是把单一电压转换成各种幅度的电压，以供舞台灯具不同功能模块使用。同时电压转换模块与网络切换单元的信号控制端连接，并为网络切换单元的工作提供电压。当电压转换模块为网络切换单元提供正常的电压时，网咯切换单元可以正常工作并将网路信号传递给舞台灯具的内部电路；当电压转换模块为网络切换单元提供的电压不正常或没有电压输出时，网络切换单元的信号控制端会控制网络信号不进入其所在的舞台灯具内部而直接流入后一台舞台灯具，即使得网络切换单元所在的舞台灯具处于旁通状态。

进一步地，还包括开关、开关电源和交流电源，所述开关与分别连接开关电源和交流电源，所述电压转换模块与开关电源连接，所述交流电源与后一舞台灯具的开关连接。

开关主要负责连通和切断电路，使得舞台灯具内各电路工作或停止工作。开关电源主要负责将交流电转换成直流电，供舞台灯具内部各部分电子元器件工作。交流电源提供交流电。

在本实用新型中，当舞台灯具正常工作时，ARTNET控台发出的网络控制信号首先到达每排舞台灯具的首台舞台灯具的继电器阵列信号输入端，由于继电器阵列的控制使能由电压转换模块输出决定，所以当电压转换模块的输出电压正常时，继电器阵列会把网络控制信号传输到输入隔离变压器，然后到达网络数据转换芯片，该芯片是3端式的数据转换芯片，当它收到网络数据时会把网络数据发送到MCU，同时又把网络数据传输到输出隔离变压器。MCU接收到网络数据转换芯片发送过来的网络数据包后会对数据进行分析处理，然后控制舞台灯具运行。网络数据转换芯片发送到输出隔离变压器的网络信号会流入到后一台舞台灯具的网络接收端，后一台舞台灯具接收到数据后会执行相应的控制动作。

当舞台灯具出现故障时，首先排查舞台灯具出现故障的原因，一般舞台灯具出现故障的原因有两种，一种是电源部分出现故障，如开关电源、电压转换模块不工作等，由于继电器阵列的控制信号丢失，继电器阵列会自动将其所在的舞台灯具切换至旁路状态，控台或前一台舞台灯具发送过来的网络控制信号会自动传输到后一台舞台灯具。由于该故障的舞台灯具内部MCU没有接收到控制信号，因此不能控制该故障的舞台灯具工作，因此能快速排查出该故障的舞台灯具。另一种是舞台灯具出现故障是除了电源部分的其它故障，对于这种故障，现场管理人员可以通过断开开关的方式，使故障灯具的直流电流没有输出，继电器阵列由于没有直流电流而切换到旁路状态。因此，对于舞台灯具出现故障，现场管理人员不用重新调整布线即可快速排查出故障灯具并隔离故障灯具。

与现有技术比较，本实用新型具有以下有益效果：

1、解决了以太网星型网络每一台灯具到HUB设备都必须一条单独的网线的缺点，可以实现灯具串接的方式。节省了大量的线材和布线时间。

2、对于通用的100Mbps网络来说，它的最大传输距离是100米。而本专利使用网路数据转换芯片和隔离变压器作为中继功能，它接收数据的同时也会把数据进行放大和整理，就相当于每台灯具都是一个网路中继器，使得总的传输距离更远。

3、当某台灯具电源部分出现故障时可以自动切换到网络旁路状态，而不需要人工干预。在重要的舞台表演当中，如果网路链路中某台灯具出现故障可能会把整条网路链路拉死。如果现场如果很难排查故障点那么整台表演就会受到很大影响，有了自动旁路电路就可以轻易解决以上问题。

4、舞台表演者排布着许多不同的舞台灯具。可能某场表演不需要某些灯具参与表演，安装了了本专利提出的网络旁路功能的灯具，只要把开关断掉，网络就不会经过关掉的灯具而直接到需要控制的灯具。

附图说明

图1为现有技术中总线型以太网网络连接框图。

图2为现有技术中星型以太网网络连接框图。

图3为本实用新型舞台灯具ARTNET网络连接框图。

图4为本实用新型舞台灯具ARTNET网络实现原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细地说明。

实施例

如图3所示，一种用于舞台灯的以太网灯光控制系统，包括ARTNET控台401和若干排舞台灯具402，每排舞台灯具402包括若干台依次串联的舞台灯具402，所述ARTNET控台401分别通过网线连接每排舞台灯具402的首台舞台灯具402，每排舞台灯具402的相邻舞台灯具402之间依次通过网线连接。

如图4所示，每台舞台灯具包括以下功能部件：继电器阵列403、输入隔离变压器404、输出隔离变压器405、网路数据转换芯片406、MCU407、电压转换模块408、开关电源409、开关410、直流电源411、交流电源412。

应用于上述的舞台灯以太网灯光控制系统的灯光控制步骤为：

S1：ARTNET控台401发出网络信号并通过网线传输到每排舞台灯具的首台舞台灯具402；

S2：每排舞台灯具的首排舞台灯具402通过继电器阵列403将ARTNET控台401发出的网络信号切换并传送，当继电器阵列403所在的舞台灯具402正常运行，继电器阵列403会将网络信号切换并传送到网络数据转换芯片406，再由网络数据转换芯片406将网络信号转换成网络数据后发送给MCU407，同时，网络数据转换芯片406还把网络数据通过输出隔离变压器405发送给后一台舞台灯具402的继电器阵列403的信号输入端；当继电器阵列403所在的舞台灯具出现故障，继电器阵列403会将网络信号切换并传送到后一台舞台灯具402的继电器阵列403，后一台舞台灯具402的继电器阵列403重复执行步骤S2，直到每排舞台灯具的最后一台舞台灯具402。

在本实用新型中，当舞台灯具402正常工作时，ARTNET控台401发出的网络控制信号首先到达每排舞台灯具402的首台舞台灯具402的继电器阵列403信号输入端，由于继电器阵列403的控制使能由电压转换模块408输出决定，所以当电压转换模块408的输出电压正常时，继电器阵列403会把网络控制信号传输到输入隔离变压器404，然后到达网络数据转换芯片406，该芯片是3端式的数据转换芯片，当它收到网络数据时会把网络数据发送到MCU407，同时又把网络数据传输到输出隔离变压器405。MCU407接收到网络数据转换芯片406发送过来的网络数据包后会对数据进行分析处理，然后控制舞台灯具402运行。网络数据转换芯片406发送到输出隔离变压器405的网络信号会流入到后一台舞台灯具402的网络接收端，后一台舞台灯具402接收到数据后会执行相应的控制动作。

当舞台灯具402出现故障时，首先排查舞台灯具402出现故障的原因。一般舞台灯具402出现故障的原因有两种，一种是电源部分出现故障，如开关电源409、电压转换模块408不工作等，由于继电器阵列403的控制信号丢失，继电器阵列403网络控制部会自动将其所在的舞台灯具402切换至旁路状态，控台401或前一台舞台灯具402发送过来的网络控制信号会自动传输到后一台舞台灯具402。由于该故障的舞台灯具402内部MCU407没有接收到控制信号，因此不能控制该故障的舞台灯具402工作，因此能快速排查出该故障的舞台灯具402。另一种原因是除了电源部分的其它故障，对于这种故障，现场管理人员可以通过断开开关410的方式，使故障灯具的直流电流411没有输出，继电器阵列403由于没有直流电流411而切换到旁路状态。