پروتکل های کنترل روشنایی - بخش اول
طراحی بهینه یک سیستم کنترل روشنایی نیازمند درک همه جانبه طراح از نحوه عملکرد سیستم های کنترل روشنایی است. در گذشته تنها از یک کلید ساده برای کنترل روشنایی استفاده می شد، ولی با گذشت زمان و پیچیده تر شدن سیستم های روشنایی، ادوات و دستگاه های متنوعی به سیستم های روشنایی اضافه شدند تا بتوانند باعث بهبود این نوع سیستم ها شوند. استفاده از پروتکل های کنترلی (protocols) راه حل مناسبی به این نیاز است.
به طور کلی پروتکل، یک پل ارتباطی بین چراغ‌ها و تجهیزات مورد استفاده در سیستم روشنایی برقرار می کند. لازم به ذکر است که هر پروتکل محدودیت هایی دارد و در ابتدا باید برای سیستم روشنایی مورد بررسی قرار بگیرد تا بتواند ارتباط و تطابق و سازگاری بین چراغ ها و دستگاه ها را تضمین کند. در این مقاله به انواع پروتکل‌ها، نحوه عملکرد آنها در سیستم کنترل روشنایی پرداخته و ملاحظات هر پروتکل را بررسی می نماییم.
پروتکل چیست؟
پروتکل (protocol) مجموعه مشخصی از دستورالمعل ها بوده که ادوات برای برقراری ارتباط از آن استفاده می کنند. مشابه استفاده از زبان انگلیسی، پروتکل یک زبان مشترک برای ارتباط بین دستگاه ها فراهم می کند. پروتکل می‌تواند ساده یا پیچیده باشد، اما باید یک استاندارد دقیق در عملکرد خود داشته باشد تا بتواند تطابق و توازن بین تجهیزات را تضمین کند.
شناخت یک پروتکل گام مهم و حیاتی در طراحی سیستم کنترل روشنایی است. عدم تطابق دستگاه‌ها، مانند زمانی که یک دستگاه با یک پروتکل منحصر به فرد (مانن به دستگاهی با پروتکلی متفاوت متصل شده، می‌تواند منجر به تضعیف عملکرد، عدم کارایی یا حتی آسیب دیدن تجهیزات شود.
چرا پروتکل ها مهم هستند؟
طراحان روشنایی باید شناخت کافی در مورد پروتکل‌ها داشته باشند تا از تطابق سیستم و ارتباط بین دستگاه ها و چراغ ها اطمینان حاصل کنند. بسیاری از طرح‌های روشنایی که ضعیف اجرا شده‌اند نتیجه استفاده از پروتکل‌های نادرست و عدم تطابق بین پروتکل های تجهیزات بوده که این تطابق با توجه به پیچیدگی روزافزون طراحی کنترل‌های روشنایی، ضروری می باشد.
علاوه بر مطلب فوق، لازم به ذکر است که یک سیستم دیجیتال غالبا از پروتکل‌های متفاوتی در پروژه استفاده می‌کند، زیرا برای برخی کاربری ها، تعدادی از پروتکل‌ها ممکن است بیش از حد پیچیده یا ساده باشند.
مقایسه پروتکل ها و روش های تغییر شدت نور
از نکاتی که باید به آن توجه کرد این است که روش های تغییر شدت نور از جمله دیم فاز (Phase dimming) ، دیم آنالوگ (analog dimming) (مثالی برای دیم آنالوگ: دیم ولتاژ پایین یا 10-0 ولت) پروتکل محسوب نمی شوند. پروتکل قوانینی بوده که برای ارتباط بین دستگاه ها استفاده می شود و مربوط به پیام های کدگذاری شده با داده های دیجیتال در سیگنال های لحظه ای on/off (اصطلاحا "صفر و یک" و یا "باینری") است. از آنجایی که در یک سیستم دیم آنالوگ از داده های دیجیتال استفاده نمی شود، بنابراین هیچ پروتکلی را مستقیما شامل نمی شود. صنعت طراحی روشنایی از پروتکل برای اشاره به هر فرمتی از کنترل (خواه یک دیمر فاز باشد یا یک رمزگذار DMX) استفاده می کند، اما در زمینه مقایسه این فرمت ها، استفاده از روش های کنترلی با پروتکل دیجیتال دقیق تر است.
معرفی درایور کنترل پیش از درایور (pre-driver) و کنترل پس از درایور (Post-Driver):
چراغ‌های LED از یک دستگاه مبدل کاهنده برق (که به آن ها اصطلاحا ترانس، درایور، بالاست می گویند) برای تغذیه منبع نور استفاده می‌کنند. از رایج ترین این دستگاه ها می توان به درایورها اشاره کرد چرا که معمولا قابلیت دیم کردن ماژول را دارند.
دیم کردن و کنترل نور چراغ ها بسته به محل اعمال کنترل:
1- قبل از ورودی درایور چراغ ها (pre-driver protocols)
2- بعد از خروجی درایور چراغ ها (post-driver protocols)
به طور کلی درایور، جدا کننده ی بین این روش ها و پروتکل هاست اما در برخی روش ها همچون دیم آنالوگ (analog dimming) یا در سیستم های دیجیتال پیچیده تر لزوما چنین چیزی وجود ندارد.
دیم پیش از درایور (Pre-driver Dimming) ارتباط بین دیمر و درایور است. سپس درایور سیگنال را ترجمه کرده و خروجی ماژول LED را تنظیم می کند، مانند 0-10 ولت یا DMX یا ...
عمل دیم شدن که بعد از خروجی درایور (Post-driver Dimming) صورت می گیرد معمولا به عنوان بخشی از وظایف درایور و سازنده آن محسوب می شود که طی آن برای دستیابی به یک دیم با کیفیت می بایست توسط آن ها مورد ازمایش قرار بگیرد تا تطابق بین درایور و LED محقق شود.
رابط های کاربری و پروتکل های سیستم
رابط کاربری (Preset Station) مانند یک محل از پیش تعیین شده و لزوما بخشی از کنترل پیش از درایور نیست. به عنوان مثال، یک شستی از پیش تعیین شده که به یک کنترل کننده مرکزی (central controller) متصل می شود، مستقیما دیم چراغ را کنترل نمی کند. در عوض، هنگامی که یک کاربر کلید را فشار می دهد، یک سیگنال از کلید به کنترل کننده مرکزی ارسال می شود. کنترل کننده مرکزی فرمان را می گیرد و وظیفه دیم کردن چراغ را انجام می دهد. ممکن است چندین مرحله قبل از فعال شدن پروتکل "پیش از درایور" وجود داشته باشد، اما هرچه مراحل بیشتری اضافه شود، زمان طولانی تری باید منتظر بمانید تا تغییر قابل مشاهده رخ دهد.
در یک سیستم کنترل روشنایی به غیر از رابط کاربری و چراغ، دستگاه‌های زیادی می توانند مورد استفاده قرار گیرند. پروتکلی که منحصرا برای دستگاه ها یا رابط های کاربری استفاده می شود، پروتکل سیستم است و لزوما برای چراغ استفاده نمی شود. یک سیستم همچنین ممکن است از پروتکل‌های مختلفی قبل از پروتکل دیم پیش از درایور (pre-driver dimming protocol) استفاده کند، که می‌تواند پروتکلی متفاوت از پروتکل های سیستم باشد، و این تا زمانی است که رابط‌های سیستمی وجود داشته باشند که از یک پروتکل به پروتکل دیگر ترجمه می‌شوند. رابط‌های سیستم معمولا بخشی از کنترل‌کننده مرکزی هستند، اما همه کنترل‌کننده‌ها یک رابط سیستم یکپارچه ندارند، بنابراین ممکن است به رابط‌های از راه دور نیاز باشد.
دیم پس از درایور :(Post-driver Dimming)
از آنجایی برق دیود مستقیما از درایور تامین می شود، تنظیم شدت نور دریافتی بستگی به نحوه تنظیم شدن برق دارد. سه روش متداول برای دیم پس از درایور (Post-driver Dimming) وجود دارد:
1- مدولاسیون عرض پالس (PWM):
یک روش دیم است که از سوییچینگ سریع (قطع و وصل کردن ولتاژ چراغ) برای تنظیم شدت نور دریافتی استفاده می کند. این سوییچینگ با سرعت بالایی انجام شده و باعث می شود چشم انسان به جای چشمک زن، شدت نور کمتری را مشاهده کند.
2- کاهش جریان ثابت (CCR):
یک روش دیم است که در آن ولتاژ خروجی از درایور به دیود را تنظیم (به صورت پیوسته) می کند و خروجی را کاهش می دهد. برای تولید نور، ال‌ای‌دی‌ها فقط می‌توانند در این محدوده ولتاژ کار کنند، هنگامی که ولتاژ پایین تر از این محدوده باشد روشن نمی شوند و هنگامی که بالاتر از این محدوده باشد آسیب می بینند. سازندگان می توانند با اعمال حداکثر ولتاژ مجاز بدون آسیب رساندن به ال‌ای‌دی‌ها حداکثر نور مصنوعی را ایجاد کنند.
3- کاهش ولتاژ ثابت (CVR):
مشابه CCR، این یک روش دیم است که جریان خروجی از درایور به دیود را تنظیم می کند و باعث کاهش خروجی می شود.
هر یک از این روش ها مزایا و معایبی دارند، اما از آنجایی که روش PWM باعث ایجاد فلیکر (سوسو) روی ال ای دی ها می شود، معمولا در طرح های معمارانه، روش های CCR یا CVR را بجای PWM پیاده سازی می کنند.