游泳中心照明控制系統(tǒng)
日期：2013-12-02
控制系統(tǒng)是景觀照明系統(tǒng)的核心組成部分。通過比較，我們提出了如下的設(shè)計(jì)方案：采用基于IPv6的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的組網(wǎng)方案。以FPGA為硬件載體，在單一芯片上實(shí)現(xiàn)控制節(jié)點(diǎn)的所有功能。
（1）采用IPv6實(shí)時(shí)以太網(wǎng)
①以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最廣、技術(shù)最成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，兼容性好。基于TCP/IP的以太網(wǎng)是一種標(biāo)準(zhǔn)的開放式網(wǎng)絡(luò)，一直都是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主流。②具有豐富的軟硬件資源，價(jià)格低廉。通信速率高。目前以太網(wǎng)的通信速率比現(xiàn)場(chǎng)總線快得多，以太網(wǎng)可以滿足對(duì)帶寬的更高要求。③可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｓ捎谝蕴W(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它吸引大量的技術(shù)投入。④IPv6采用128位地址長(zhǎng)度，幾乎可以不受限制地提供地址，把IPv6引入照明控制網(wǎng)，使每個(gè)光源具有一個(gè)獨(dú)立的IP地址，這將使照明控制網(wǎng)的功能變得特別強(qiáng)大，在傳輸速率、組網(wǎng)規(guī)模、遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)維護(hù)等諸多方面都得到質(zhì)的提高。⑤傳統(tǒng)以太網(wǎng)應(yīng)用于控制時(shí)，最主要就是確保實(shí)時(shí)性問題。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制機(jī)制，具有排隊(duì)延遲不確定和通信響應(yīng)不確定的問題。在犧牲一些復(fù)雜功能的前提下，對(duì)以太網(wǎng)的協(xié)議進(jìn)行一定程度的修改和精簡(jiǎn)，使以太網(wǎng)具備實(shí)時(shí)性，以太網(wǎng)將能滿足照明控制系統(tǒng)要求。
（2）采用FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程的邏輯芯片
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的基本組成和主要的硬件載體，應(yīng)具有如下特點(diǎn)和功能：
①自主性：系統(tǒng)上各節(jié)點(diǎn)過網(wǎng)絡(luò)連接起來的，各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立自主地完成自己的任務(wù)，且節(jié)點(diǎn)的容量可擴(kuò)充，配套軟件隨時(shí)可組態(tài)加載，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的高可靠性子系統(tǒng)。 ②協(xié)調(diào)性：通過實(shí)時(shí)高可靠的控制局部網(wǎng)絡(luò)使傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，節(jié)點(diǎn)之間從總體功能及優(yōu)化處理方面具有充分的協(xié)調(diào)性。 ③在線性與實(shí)時(shí)性：通過大量I/O接口，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和檢測(cè)，同時(shí)可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路由、組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維修。 ④可靠性：從結(jié)構(gòu)上采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，使得在任一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的情況下，仍然保持系統(tǒng)的完整性；即使全局性通信或管理失效，局部站仍能維持工作。從硬件上包括節(jié)點(diǎn)主要功能模塊、通訊鏈路都采用多重化配置和備份。從軟件上采用分段與模塊化設(shè)計(jì)，積木式結(jié)構(gòu)，采用程序卷回或指令復(fù)執(zhí)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)。保證系統(tǒng)的高可靠性。⑤適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性：硬件和軟件采用開放式，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)積木式結(jié)構(gòu)，具有靈活的配置可適應(yīng)不同的需要。⑥處理能力：控制節(jié)點(diǎn)需在單一芯片上實(shí)現(xiàn)控制LED光源、運(yùn)行IPv6協(xié)議棧、對(duì)數(shù)據(jù)流解壓縮、對(duì)圖像實(shí)時(shí)處理、自動(dòng)預(yù)存顯示內(nèi)容、故障報(bào)告與處理等功能⑦友好性：控制節(jié)點(diǎn)能及時(shí)的報(bào)告自身狀態(tài)，便于故障的及時(shí)定位，方便維護(hù)。
采用FPGA，在處理能力、可靠性、體積、成本等方面都能得到很好的滿足。
（3）智能照明控制在國(guó)內(nèi)外均是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，所以要力求創(chuàng)新。在技術(shù)上堅(jiān)持先進(jìn)性與實(shí)用性緊密結(jié)合的研究策略。具體的實(shí)現(xiàn)方法如下：基于硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，開發(fā)用于網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)的SOPC（可編程片上系統(tǒng)）。該SOPC包括LED光源控制模塊、圖像處理功能模塊、網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制模塊、存儲(chǔ)器接口模塊等，所有模塊以IP Core的形式開發(fā)，并通過WISHBONE總線互聯(lián)，該SOPC最終在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)。
