Převodník USB/DMX

Převodník USB/DMX
(© Martin Pantůček 7.8.2009)
Následující návod slouží k výrobě „černé krabičky“, která umožňuje použít běžný počítač PC (s příslušným
softwarem) jako ovládací jednotku pro DMX. Pro méně zasvěcené - DMX je datová sběrnice, všeobecně používaná
pro řízení kompletního světelného parku (PAR, hlavy, scany, mlhátory,…). Setkáme se s ní jak na malých či velkých
diskotékách a klubech, tak v divadlech nebo na obřích koncertech. Řízení a programování těchto světel a periferií je
možné buď ovládacím pultem, nebo právě počítačem PC. První možnost je sice jednodušší, ale vytvoření složitějších
scén a programů je v praxi velmi složité. Druhá nevýhoda je omezenost vnitřní pamětí, takže většinou nenabídne více
než 8 scén na jeden program. Oproti tomu řídící program v PC nabízí vedle možnosti zálohy vytvořených programů
mnohem více kreativity, jednodušší ovládání a z hlediska paměti prakticky neomezené možnosti.
Samotný DMX převodník je vlastně konvertor USB na signály Rx/Tx, upravené na úrovně sběrnice DMX. Je
podporován většinou dostupných programů, nefunguje však s nejčastěji používaným programem DMX Creator. Ten
totiž není freeware a je chráněný proti neoprávněnému užití. DMX Creator si z USB převodníku načítá licenční soubor
se sériovým číslem - je to stejný princip jako „hardwarový klíč“. Proto součástí koupě DMX Creatoru je i zpárovaný
DMX převodník. Existuje však řada freewarových programů, které ve většině případů splní veškeré naše požadavky a
DMX Creator z větší části nahradí. Dle mého soudu nejlepší je Freestyler anebo DMX Control, oba mohu doporučit.
S těmito i dalšími uvedenými programy funguje popsaný USB/DMX převodník na 100%. Krátký popis a ukázku
uvedených programů naleznete na konci článku.
Kráce o DMX
Přestože na Internetu je spousta článků o tomto tématu, uvedu alespoň několik základních informací o
sběrnici DMX a její funkci:
•
•
•
•
•
•
•
DMX je celosvětově používaný standart pro řízení světelného parku
Sériová sběrnice, datový signál je vedený stíněným symetrickým vedením (pro odstranění případného
rušení) – z tohoto důvodu může být jeho délka až 1200m
Komunikace je jednosměrná. Data se vysílají pouze ve směru - od ovládacího panelu do periferií
(světel). Existuje i modifikace s obousměrným tokem dat, ta se však téměř nepoužívá.
Ve valné většině se používá DMX 512, která má 512 kanálů
Každý kanál nabývá hodnoty 0-255 (1 bajt). Každý řízený prvek zabere určitý počet kanálů - např.
LED PAR obsadí 3 kanály – pro každou barvu jeden. V tomto případě odpovídá hodnota v kanálu (0255) jasu dané barvy. Protokol DMX 512 by byl tedy schopen řídit 170ks LED PAR.
Na každém světle se nastavuje „startovací adresa“ – ve skutečnosti to není adresa, ale číslo kanálu,
od kterého si světlo vybírá z DMX rámce svá data. (např. opět případ LED PAR, která má 3 kanály –
nastavíme např. adresu 10. Potom hodnota v kanálu 10 určuje jas první barvy, 11 druhé barvy a 12
třetí barvy.
V jednom paketu je 512 bajtů (kanálů), každý prvek na sběrnici (světlo) si vybírá hodnoty z kanálů
počínaje tím, na který má nastavenu svou startovací adresu
Schéma zapojení
Vyšlo z kombinace několika návodů dostupných na Internetu. Asi nejlepší je na www. dmx512.svetla.org, kde
je však kromě schéma v nízkém rozlišení chybně zapojen USB konektor - je opačně napájení. Druhým zdrojovým
návodem mi byl katalogový list modulu UMS-2. Chyba na USB konektoru je zřejmá na fotografiích prototypu, kde je
opravena drátem. Všechny podklady zveřejněné na djpeak.cz (schéma, návrh plošného spoje, osazovačky,…) jsou
však již opravené.
Základem schématu je obvod FT232BM, což je USB host zapojený dle katalogového listu. Komunikuje s PC
po sběrnici USB a data převádí na běžnou sériovou linku se signály RxD a TxD. Tyto signály jsou vedeny do budiče
IC1, který je upraví na symetrický signál o úrovni potřebné pro DMX. Celý převodník nepotřebuje externí napájení,
postačí 5V napájení z USB konektoru. Na desce jsou dvě indikační LED diody, přičemž zelená indikuje 5V napájení a
modrá data na sběrnici na vodiči TxD.
USB Host IC3 + EEPROM IC2
Jedná se o výrobek firmy FTDI, navržený pro převod USB na klasickou sériovou linku. V tomto případě se
však používá jen jeden směr, tedy TxD ve směru od počítače PC do převodníku a dále na DMX. Zapojen je
standardně – taktuje jej krystal 6MHz, na vstupy 7 a 8 přichází USB signály, oddělené rezistory R1 a R2 a blokované
C1 a C2. Tyto prvky slouží stejně jako L1 a C7 pouze pro vyšší odolnost z hlediska elektromagnetické kompatibility
(EMC). Z funkčního hlediska nejsou důležité. Na piny EECS, EESK a EEDATA je připojena sériová EEPROM řady
93Lxx. Ta slouží pro uložení dat, pro funkci samotného IC3 není potřeba. Může zde být uložen např. licenční soubor,
jak bylo popsáno v úvodu. V případě použití freewarového programu nemusí být EEPROM vůbec osazena.
Výstupní signál TxD z pinu 25 je veden do budiče IC1.
Budič IC1
Obvod SN75176 je budič diferenciální sběrnice. Používá se rovněž pro ostatní průmyslové sběrnice, např.
RS-485, která má shodné napěťové úrovně. Nepotřebuje prakticky žádné externí součástky, C10 je blokovací
kondenzátor a R6-R9 jsou pouze ochranné rezistory, které chrání výstupní obvod. Výstup je vyveden na 3 pinový
konektor typu JST-XH, kam je připojen XLR konektor, umístěný v panelu krabičky.
Deska plošných spojů
Převodník USB/DMX je postaven na jednostranné desce plošných spojů, osazené převážně SMD
součástkami. V klasických pouzdrech je pouze budič IC1 (v patici pro případnou výměnu), C6, elyt C11, konektory,
LED diody a nově i krystal Q1 (viz kapitola Konstrukce). Přestože se může DPS jevit jako nesnadná pro domácí
výrobu, mou oblíbenou zažehlovací metodou jde bez problémů zhotovit (vyzkoušeno na několika kusech).
Konstrukce
Deska plošného spoje byla navržena pro plastovou krabičku U-KM35B. Při výrobě prototypu jsem však
chybně vytiskl motiv plošného spoje (v měřítku jiném než 1:1), z čehož vyplynuly menší rozměry. Skutečné rozměry
jsou 80x50mm. Naštěstí se tato chyba nijak výrazně neprojevila u pájecích plošek obvodu IC3, který byl nejkritičtější,
ale dal se správně zapájet. Proto také nesedí DPS do krabičky úplně přesně. Samotný návrh DPS však je v pořádku
a deska vychází přesně na plastové sloupky, které jsou v krabičce vylisovány.
Druhou konstrukční chybou na prototypu bylo použití krystalu Q1 v SMD provedení – krystal je potom
nejvyšší součástkou na desce (ze strany bottom) a DPS je potom moc vysoká. Proto musel být v krabičce pájkou
vytvořen „důlek“ – viz fotky níže. Z tohoto důvodu jsem současný návrh DPS upravil pro krystal v klasickém stojatém
provedení (PTH).
Instalace převodníku ve Windows
Po připojení k PC se objeví známá hláška „Byl rozpoznán nový hardware, instalují se ovladače“. Po
nainstalování se objeví „Nový hardware byl nainstalován a je připraven k použití“. Tyto standardní ovladače Windows
pro většinu DMX programů stačí, ale i přesto raději doporučuji ovladač CDM 2.04.16 WHQL Certified, který je ke
stažení níže. Je to ovladač přímo od výrobce FTDI.
V takovém případě jdeme do nabídky Start/Nastavení/Ovládací panely/Systém/Hardware/ Správce
zařízení/Řadiče sběrnice USB, kde si najdeme „USB Serial Converter“ (to je náš nově nainstalovaný převodník). Na
kartě Ovladač zvolíme Aktualizovat ovladač/Ano,pouze nyní/Instalovat ze seznamu pro zkušené uživatele (to jsme
my☺)/Při hledání zahrnout toto umístění.. a tam vybereme cestu ke složce CDM 2.04.16 WHQL Certified. Toť vše.
Software pro DMX
Zde uvedu programy, které jsem osobně vyzkoušel a několik svých poznatků k nim:
Freestyler 3
Poměrně intuitivní program se všemi důležitými funkcemi. Obsahuje seznam několika často používaných
DMX světel, snadno však lze přidat nové zařízení v odděleném programu Fixture Editor. V něm se nastaví (např. u
scanu) počet barev, gob, definice kanálů a hodnoty v kanálech pro barvy/goba. V samotném programu se pak snadno
vytvoří scény, podobně jako v DMX Creatoru. Nechybí ani snímání zvuku přes line-in vstup zvukovky, ze kterého
odfiltruje nízké tóny a použije je ke krokování programů pro světla.
Pro fungování s naším převodníkem si v menu Setup/Freestyler Setup/Interface Setup jako rozhraní
nastavíme Enttec open DMX. Freestyler zaručeně vyhoví většině uživatelů.
DMX Control 2.10
Trochu složitější program než popsaný Freestyler s propracovanějšími menu a širšími možnostmi nastavení.
Po jeho spuštění Vás možná (stejně jako mě) překvapí jeho pracovní prostředí – to je jen v horní liště, panely nástojů
se zobrazují na stávající pracovní ploše – jinými slovy program nemá žádné pozadí. Výhod má oproti Freestyleru
hned několik – ta nejmenší je, že v okně „Chanel Overview“ vidíme hodnoty v jednotlivých kanálech (to je ve FS také),
ale navíc jde ručně hodnoty měnit. Další výrazně lepší výhoda je mnohem rozsáhlejší možnosti detekce zvuku z linein vstupu, ruční taktování a celkově více možností synchronizace programu s hudebním signálem. V samostatném
okně lze vytvářet různé křivky, které pak program posílá jako hodnoty X a Ynapř. do scanů nebo rotačních hlav…
Nastavení je jednoduché: Settings/Output plugins/Enttec DMX Pro Driver.
Krátce jsem zkoušel také docela rozsáhlý program Sunlite, s ním však příliš zkušeností nemám. Jeho výhodou pro
neangličtináře je slovenský překlad. To je k návodu vše, všechny potřebné podklady pro výrobu DPS, kompletní
dokumentaci i odkazy ke stažení uvedených programů najdete na www.djpeak.cz