DMX512: протоколът за управление на сценично и архитектурно осветление от А до Я

Какво е DMX512

DMX512 е цифров комуникационен протокол за управление на осветление: димери, LED драйвери, движещи се глави, дим машини. Създаден е за театрални и сценични пултове, а днес е в архитектурното и LED осветлението, видео стените и шоу техниката. Един управляващ пулт праща към много приемници непрекъснат поток от стойности по една двойка проводници. Стойностите са от 0 до 255 (8 бита), а адресът на канала е просто позицията му в пакета.

Както при DALI, важно е разграничението: DMX512 е протокол (какво се праща), а електрическите нива и свързването се вземат от стандарта RS-485. Как лампата после променя светлината (PWM, регулиране на тока) е работа на самия уред.

Версии

Първите издания на USITT са от 1986 и 1990 г. По-късно стандартът се развива като DMX512-A, ANSI E1.11 в ESTA, включително изданията от 2004 и 2008 г. и последващи потвърждавания. Издание и reaffirmation не са едно и също; актуалният статус се проверява в каталога на ESTA, вместо историята да се представя като приключила през 2008 г.

Свързани са ANSI E1.20 за RDM, E1.31 за sACN, E1.33 за RDMnet и E1.27 за кабелни решения. Съвместимостта със старо оборудване се проверява чрез поддържаните времена и функции, а не само по годината на стандарта.

Физически слой

• Сигнал: диференциална двойка по електрическия стандарт EIA-485-A (виж статията за RS-485).
• Топология: шина с последователно свързване (daisy chain), един предавател (пулт) и един или повече приемници.
• Ограничения: допустимата дължина зависи от кабела, оборудването, връзките и средата. 32 единични товара е традиционно електрическо ограничение, а не универсално 32 осветителя. За повече уреди се слагат DMX разклонители (сплитери), които регенерират сигнала към отделни линии; това не е захранване на лампите.
• Кабел: екранирана усукана двойка с вълново съпротивление 120 Ω (не микрофонен кабел, чието съпротивление е различно).
• Терминатор: един резистор 120 Ω в края на линията, най-далеч от пулта (щепсел, превключвател в уреда или автоматичен).

Конектори

Някои производители ползват собствена подредба на RJ-45, затова кабел и разклонители се проверяват спрямо документацията на уреда.

Формат на данните

Базовият DMX поток е еднопосочен асинхронен обмен със 250 kbit/s. Всеки байт (слот) е: един стартов бит, осем бита данни (първо най-младшият), два стопови бита, без четност. Така слотът е 11 бита, т.е. 44 µs при 4 µs на бит.

Пакет и времена

Пакетът започва с прекъсване (break), следва кратка пауза във високо ниво (mark after break, MAB), после слот 0 (стартов код) и до 512 слота с данни, общо най-много 513 слота. Позицията на слота определя за кой уред и функция е стойността.

Паузите между слотовете и дължините на break и MAB могат да са по-големи, стига пакет да се праща поне веднъж в секундата.

Колко бързо се опреснява

Времето за един пакет е приблизително 92 + 12 + (N + 1) × 44 µs, където N е броят на изпращаните канали. При N = 512 пакетът трае около 22,7 ms, т.е. около 44 пакета в секунда. Ако пултът праща само 128 канала, пакетът е около 5,8 ms и опресняването е над 170 Hz. При къс пакет трябва да се спази минималният break-to-break интервал, например с подходящ mark интервал; не е задължително да се добавят фиктивни канали. По-къс пакет може да позволи по-висока честота, ако предавателят и приемниците я поддържат. Радиусът на движение и оптичната реакция на уреда не се определят само от честотата на пакетите.

Стартови кодове

Приемник, който не разбира даден стартов код, трябва да пренебрегне целия пакет. Затова пакетите с различен код могат да се редуват с нивата, без да пречат на стари уреди.

512, 1024 и повече канала

• Един универсум е 512 канала по 8 бита (0–255). Един физически изход пренася данните на един избран универсум. Няколко изхода могат да повтарят един и същ универсум.
• Режим „1024“ няма. В стандарта няма пакет с 1024 слота. Когато продавач или пулт казва „1024 канала“, това са два универсума по 512 канала, всеки на отделна линия или с отделен номер при пренос по мрежа.
• За повече от 512 канала се ползват няколко универсума: няколко изхода на пулта или пренос през Ethernet (Art-Net, sACN) към кутии, които на място връщат обикновен DMX512.
• 16-битово управление не е задължително в стандарта. Уредите обикновено ползват два канала за един параметър: грубо (coarse) и фино (fine) ниво, което дава 65 536 стъпки. Типично за Pan и Tilt при движещи се глави.

Как се планира

Всеки уред заема определен брой канали според режима (personality), който се избира на самия уред, а началният адрес показва от кой слот започва. Например уред с 8 канала на адрес 17 заема слотове 17–24. Адресите не се застъпват при независимо управление; умишлено съвпадение е възможно, когато съвместими уреди трябва да следват еднакви стойности. Ако универсумът е пълен, следващият уред върви в нов универсум.

DMX през Ethernet

Art-Net и sACN (ANSI E1.31) пренасят осветителни данни през IP мрежа. Gateway може да ги преобразува в физически DMX512 изходи. Един мрежов кабел може да носи множество универсуми, но капацитетът и синхронизацията се планират.

Art-Net се развива от Artistic Licence и обичайно използва UDP 6454. ArtDmx продължава да пренася данни и при Art-Net 4; не е вярно, че версия 4 е само за управление и RDM. Полето за Port-Address позволява 32768 адресни комбинации при съответните версии. Номерирането, unicast/broadcast и откриването се съгласуват с оборудването.

sACN обичайно използва UDP 5568, multicast или поддържан unicast, с валидни universe номера 1–63999. Има приоритет на източниците, синхронизация и правила при равен приоритет; не винаги един източник просто изключва всички останали. Поддръжката на допълнителни възможности зависи от редакцията и продукта.

Wi-Fi може да носи тези протоколи, но има променливо закъснение, загуби и multicast особености. За предвидим професионален обмен често се предпочита кабелна мрежа; безжичната реализация се оценява и тества за конкретното приложение.

RDM

RDM (Remote Device Management, ANSI E1.20) прави DMX двупосочен: пултът може да открива уредите, да им задава начален адрес и режим, да чете сензори и състояние. Ползва стартов код 0xCC, така че стари уреди без RDM пренебрегват тези пакети.

• UID: всеки уред има уникален идентификатор от код на производител и сериен номер.
• Откриване (discovery): контролерът пита за диапазон от UID, при колизия стеснява диапазона с двоично търсене, „заглушава“ намерения уред и повтаря, докато не остане никой.
• Физика: връзката е полудуплексна по същата двойка. Нужни са съответстващи на RDM трансивери, времеви интервали и правилно поведение на линията; bias не се избира по едно универсално число. Разклонителите трябва изрично да поддържат обратния RDM обмен.
• RDMnet (ANSI E1.33) пренася RDM през IP мрежи.

DMX512 и DALI

Типични проблеми

• Трептене или „живеещи“ уреди. Липсва терминатор на края на линията, прекалено дълга линия или звезда вместо шина.
• Микрофонен кабел вместо кабел за 120 Ω: отражения и грешки при дълги линии.
• Размяна на Data+ и Data− при преходи между 3- и 5-пинов XLR и различни подредби на RJ-45.
• Повече от 32 натоварвания на линия без разклонител.
• Застъпване на адреси в един универсум.
• Проблеми със земята между табла: помага изолиран разклонител.
• RDM не открива уреди заради разклонител без поддръжка на RDM или липсваща поляризация.

Ограничения и безопасност

DMX512 няма вградена проверка за грешки и затова не е подходящ за опасни приложения като пиротехника или повдигане на товари над хора. Ако връзката прекъсне, поведението зависи от уреда: някои задържат последните стойности, други гасят. Това се настройва и се проверява при пускане в експлоатация.

Кога се избира

За сценично, ефектно и цветно LED осветление и видео стени, където се управляват много канали на много уреди с висока скорост на обновяване. За общо осветление на сгради със сцени и обратна връзка за повреди DALI е по-удобен, а двата често се свързват чрез шлюз към система за управление на сграда.

Източници

• ESTA: публикувани стандарти
• ETC: DMX512
• ETC: кабел и ограничения
• Artistic Licence: Art-Net