舞台剧场范文

舞台剧场范文（精选6篇）

舞台剧场 第1篇

关键词：现代剧场,舞台机械,台上设备

1 舞台机械台上设备工艺布置结构[2]

近年来, 随着国内现代化剧院的不断建成, 对台上设备工艺布置的要求也越来越高, 国内剧院台上舞台机械设备工艺布置基本模式见图1所示。

这种设计将舞台平面部分分成前后两个区, 后区布置少量设备弥补前区演出的需要, 主要设备布置在前区, 有布景吊杆、灯杆、二道幕、三道幕、天幕、会标幕、前檐幕、假台口、无级调速大幕、单点吊钩、灯光吊笼、台口防火幕等。空间上以台口为界限 (台口距舞台面大约10 m) 分成两部分, 上部空间用来隐藏道具、幕布、灯具以及影响舞美效果不便于观众看见的物体;下部空间就是舞台的演出区域, 利用现代化的声光电效果, 场景切换, 全方位展现舞台艺术的魅力。

2 台上设备的类别、技术参数及配置方案

舞台机械台上设备种类繁多, 根据使用方要求以及安全角度考虑, 各设备的技术参数和配置方案各不相同。剧院规模大小、功能定位、使用要求直接影响舞台机械的配置。目前, 一个中小型剧院的台上设备布置情况大致如下。

2.1 布景吊杆 (约45套)

吊杆结构多为单杆或桁架, 用来吊挂布景和参演设备, 是舞台上使用最频繁的必备设备。驱动机为“L型集成机”结构, 大卷筒钢丝绳单层缠绕, 电机采用双制动机构, 多为变频调速, 也有定速吊杆, 速度 (v) 大多在0~0.6 m/s或0~1.0 m/s。根据速度要求配合相应的减速器, 检测机构采用增量型编码器 (SICK、欧姆龙、倍加福等) 弹性连轴器相连, 用来缓解高速旋转的电机轴和编码器轴不同心对编码器带来的伤害, 造成计数不准。行程限制采用旋转限位开关 (DQX1—8C/40-10) 。杆体长度在18~22 m之间 (根据剧院大小而定) , 吊点在4~7个之间, 多为单式悬挂, 钢丝绳采用8ZBB6×19 W+FC 1770ZS, 吊杆载荷 (活载) 在7~10 k N之间, 以18 m行程, 选用SICK增量型编码器DBS36E-S3EK00500, 结合电机转速m=1 440 r/min, 减速比η=52.76, 集成处齿轮传动比n=2.5卷筒直径d=373为例, 就可以计算出每个每冲对应升降距离h为0.9477 mm。

这个数据将成为对吊杆进行精准定位的主要依据, 定位精度控制在±3 mm。

2.2 灯光吊杆 (约10套)

灯光吊杆为了增加自身的结构刚性多为桁架, 除了要悬挂灯具之外, 本身还有为灯具供电的若干电源插座, 敷设电缆用的部分桥架, 升降时收放电缆的电缆筐或卷线器。驱动系统多为“L型集成机”结构, 大卷筒钢丝绳单层或双层缠绕, 电机采用双制动机构, 多为定速灯杆 (因为灯光吊杆基本不参加演出) , 也有调速灯杆。速度多在0.003~0.3 m/s, 减速器选型, 检测机构装置和吊杆类似。吊点多为6吊点, 复式悬挂, 载荷 (活载) 10 k N, 杆体长度18 m左右, 运行距离根据实际需要确定, 没必要进行全行程运行。同样需要计算出每个脉冲对应的升降距离, 作为控制系统用来定位控制, 精度控制的依据, 方法同吊杆。

2.3 灯光吊笼 (约8套)

灯光吊笼是悬挂在舞台两侧的组合刚架, 有两维 (上下升降, 左右平移) 和三维 (上下升降, 左右平移, 前后平移) 不同的结构。上面可以直接上人操作, 同样装有供灯具使用的电源插座, 敷设电缆的线槽, 收放电缆的电缆筐或卷线器。由于每个剧院的设计差异, 吊笼的安装方式有些特殊, 有用钢丝绳悬挂通过栅顶 (葡萄架) 滑轮组由驱动系统驱动运行的, 也有安装于一层天桥下方, 通过建筑结构预埋件焊接侧灯光吊笼运行导轨装置的。由于自身结构的限制, 其运行速度通常比较低, 常见的有0.002~0.2 m/s, 载荷 (活载) 6.0 k N, 吊点数4吊点。它的平移运动有手动和电动两种方式, 平移电机安装在吊笼架体内, 通过链条驱动运行。它的作用主要是对舞台演出区两侧不足灯光的补充, 衬托出完美的舞美效果。

2.4 大幕 (1套)

现代化的剧院, 大幕是不可缺少的设备, 除了隔离舞台与观众, 同时对舞台起到装饰作用。为便于操作, 对开大幕驱动装置一般在侧台靠近台口位置, 对开机构由导轨钢架, 均匀收缩连锁片, 拉幕钢丝绳组成。特点就是变频无级调速, 均匀收缩, 具有手动备份功能, 可实现远程或本地切换控制。速度一般在0~1.0 m/s, 载荷 (活载荷) 在8 k N左右, 中间重叠部分应大于2.2 m, 对开行程约18 m, 定位精度控制在±3 mm, 可使用LM18接近开关进行位置检测, DXZ-4/3 (1:46) 多功能限位器进行行程限制, 钢丝绳5ZBB6×19+FC1770ZS曳引传动。

2.5 台上其他设备

对开二道幕、三道幕是构建舞台功能分区, 变换舞台空间分布的主要设备。多采用桁架结构, 曳引驱动, 变频调速 (约0.44 m/s) , 设计载荷 (活载荷) 2.5 k N左右, 中间重叠部分应大于2.2 m, 运行噪音应小于等于45 d B, 减速机可选 (上海麦奇) NMRV040-20DZ71B5V1, 钢丝绳可采用3ZBB6X7+FC1770ZS, 行程开关用 (霍尼韦尔) SZL-VL-B, 确保对开幕布位置的准确定位。天幕是舞台后区贴近后天桥的最后一道设备, 一般悬挂白色幕布, 配合 (天排灯、地排灯) 灯光打造不同风格的舞美效果。会标幕吊杆主要用做演出或会议时, 悬挂标题在横条幕之上。前檐幕吊杆主要配合舞台上空布景需要, 遮挡灯杆、灯具、道具等设备, 给观众以美感。其技术参数同吊杆。单点吊机分固定式和移动式 (吊点位置能根据需要移动的为移动式, 不能移动的为固定式) , 单点吊机具有行程大 (约24 m) 速度 (1.0 m/s) 快的特点, 容绳量可以达到64 m, 钢丝绳曳引驱动, 大卷筒钢丝绳单层缠绕, 电机双制动, 采用不旋转多层股钢丝绳:7ZBB18X7-FC1870ZS, 使用灵活, 多为杂技演出使用。假台口是用来改变台口宽度和高度的活动装置, 为钢结构架体, 可以配挂灯具, 作灯杆或柱光使用, 多为定速, 由升降片、左侧片和右侧片三部份组成, 升降片驱动结构类似吊杆, 左右侧片采用链条驱动, 安装与台口左右码头下方的导轨装置, 为钢架结构, 其大小根据剧院设计而定。通过台口变换实现舞台演出区域的大小变化。防火幕是现代剧院不可缺少的防火装置, 耐火极限应大于30 min, 幕体厚度0.2 m左右, 是在火灾情况下快速隔离舞台区域与观众的主要设备, 驱动采用钢丝绳曳引, 外加平衡重, 小卷筒钢丝绳单层缠绕, 提升速度大约0.1 m/s, 下降通过电动或手动拉闸, 利用幕体自重自由落体运动, 下降时间应小于45 s, 依靠液压阻尼系统, 实现精确定位停止。一般设计速度为一级速度距台面2.5 m以上, 0.35 m/s, 二级速度距台面2.5 m, 0.2 m/s, 三级速度距台面0.2 m, 0.05 m/s,

3 台上舞台机械电气控制系统[3]

随着科学技术的不断发展, 舞台机械控制系统也发生了巨大的变化, 由简单的按钮操作, 数字化操作系统发展到具有完全集控能力的网络化控制。一般由工业用工控机、可编程序控制器 (PLC) 、变频调速设备 (变频器) 等主控单元组成。采用集中、分散相结合的网络控制模式, 目前常用的有工业以太网 (TCP/TP) 、Profibus DP、CAN、Mondbus等主流的工业控制现场总线。

4 结束语

现代化的剧院, 演出功能和潜在用途各不相同, 因此台上设备工艺布置、性能参数不尽相同。要根据剧院的实际情况进行合理配置, 在充分满足安全的前提下, 最大化地通过舞台设计展现舞美艺术的魅力, 切莫生搬硬套。

参考文献

[1]徐奇.国内、外舞台机械的发展状况[J].艺术科技, 2001 (1) :8-21.

[2]段慧文.配置舞台机械应当考虑的问题[J].演艺科技, 2006 (6) .

小剧场演出惠民大舞台（范文模版） 第2篇

2014-7-1李庆禹

近日，铁岭市民间艺术团举办“二人转”小剧场演出。舞台上二人转演员以古典名著《西游记》为背景，依托唐僧师徒取经故事大胆创新，在以“二人转”传统唱腔、说口基础上，融入现代表演、模仿秀、流行歌曲等表演形式，节目演出形式新颖、情节引人入胜，节目内容既贴近群众，又具有一定教育意义，达到了寓教于乐、通俗易懂的效果。新编“二人转”节目《大话西游》为夏日里的铁岭观众带来一缕“快乐新风”，赢得现场观众的阵阵掌声。

大型旋转舞台在室外剧场的应用 第3篇

【关键词】旋转舞台；室外剧场；机械设计；电气控制；故障处理

1概述

旋转舞台（以下简称“转台”）是现代化剧场设施中的多功能舞台设备之一。编剧和导演等艺术家们可以利用转台增加艺术魅力，创造出更好的舞台艺术效果。大型转台在室外剧场应用还不多见。万达集团位于江西省南昌市的主题乐园室外竹林剧场，使用大型转台为主舞台，成功进行了节目演出。超大型转台最大直径达40m，净高度1m，由三圈能独立旋转的转台构成，同时，整个圆形舞台又被分成三部分，每部分呈现不同的场景。

2组合转台的特点及设计原理

2.1组合转台的特点

整个转台由三个独立旋转的圆环组成（图1），中心圆环（转台一）直径36m，面积最大，是主舞台表演区，其中心部分是直径10m的威亚塔区；外侧两个环状转台（转台二、转台三），直径分别为38m和40m，是辅助表演区，完成道具场景的配合。

舞台旋转的主体，采用了“浮动式自动压紧摩擦传动”方式驱动。转台具有运行平稳、噪声低、驱动功率小等特点，同时具有可逆旋转、变频调速、准确定位等功能。完全满足了在多幕演出中迅速换景及创造剧情艺术效果的要求。

2.2机械部分设计原理

环形转台采用多点摩擦驱动方式，此传动方式适用于承载大、土建条件受限的情况，可大大降低自身高度。驱动电机选用上海森力玛（SNMA）舞台专用电机和苏州博能（BONENG）减速器（图2）。由于该转台面积及自重较大，钢结构采用多排环形结构，与承重轮对应，从而起支撑作用，环形转台可同步旋转，也可单独旋转，每个环形转台都有独立的导向装置来保证旋转的同轴度，为实现定位的准确度，在转台上安装了链条方式位置编码器确保定位精度（图3）。

由于转台置于室外，需要考虑防腐防水的要求。环形转台由三层结构面形成，底层为主钢结构层；中间层为FRP玻璃钢材料，不仅可以防水，而且可提升整个台面的刚度，使得重量大大减轻；表面层为EPDM胶粒层，起到双重的防水保护作用。FRP为高性能型材料，质轻而硬，不导电，机械强度高，耐腐蚀，抗拉强度高，是一般钢筋的2倍甚至10倍。FRP材料在达到抗拉强度前，几乎没有塑性变形产生。FRP材料抗腐蚀、抗疲劳洼能好，可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，因而可提高结构的使用寿命。

2.3电气控制部分设计原理

电气控制采用以PLC为主控制器的舞台机械计算机控制系统（图4）。该系统基于成熟的可编程控制器（PLC）和工业现场总线技术开发。可编程控制器采用SIEMENS公司S7系列产品，驱动用变频器采用了英国CT公司SP系列矢量控制产品，采用“一托四”方式，可以通过其独有的位置定位功能实现设备高精度的速度、位置闭环控制；系统控制软件、通讯软件全部采用SIEMENS公司自动化系列软件产品，实现控制系统软、硬件产品的无缝集成，从根本上保障整个系统的无障碍运行，提高系统的可靠性（图5）。

系统各计算机控制站和PLC主控制器間通过以太网连接，网络速率可达10Mb/s～100 Mb/s。PLC主控制器、变频器通过Profibus DP，总线连接。系统中每一台计算机操作站都具有直接访问全剧场工艺数据的通路，可以对全剧场的舞台机械进行控制和监视，并且操作人员可以在计算机操作站选择监视和控制对象。

3.组合转台的使用注意事项及故障处理

3.1使用注意事项

（1）每半年给承重轮、轴承部位加注润滑油脂一次。

（2）每年给各减速器内注润滑油。

（3）定期清除导轨上的异物、杂质，保持导轨无阻碍。

（4）若发现异常现象应停车检查，故障排除后方可开机，开机时人进入转台内不允许随意走动。

（5）每个月检查一次行程开关是否失灵。将电机开动，在未到行程开关位置时搬动行程开关，看电机是否停转，若不停转，须及时检修或更换行程开关。

（6）严格遵守操作规程，必须将电机和变频器相连后才可打开运转开关，变频器不能在有输出时突加负载。

3.2常见故障分析和处理方法

4结语

南昌万达主题乐园室外剧场的整个转台系统具有结构清晰，简单可靠，操作灵活、快速等优点，做到了软件及硬件配置的模块化和可扩展性，满足多种工况下的运行和操作要求。经过一段时间的演出运行证明，达到了预期的设计目的。

舞台机械在剧场外的应用 第4篇

机械的难题解决了, 控制系统信号的传递也是个难题, 304块升降台, 每块都有实时的速度、位置等信号, 而信号的刷新率又非常快, 使得总的通讯量非常之大。

国内外类似的设备同步运行一般也就几十台, 要做到180个模块同时参与表演, 这无疑是一个巨大的挑战。设计人员采用特殊方法, 在底层的PLC控制器上, 先处理信号, 使得数据量缩小, 这就相当于把小车换成大巴, 路面顿时空畅, 从而成功避免了通讯堵塞, 保证了信号传递的畅通。

正是因为设计人员神奇而极富创造性的设计, 304块升降台才得以精确而稳定地随程序运行, 做出无穷变幻。于是全国观众看到了拔地而起的万里长城, 突然呈现的冷漠冰山, 随风舞动的麦浪, 还有小桥流水人家, 幽幽的庭院, 深深的宅门……

在享受龙年春晚的同时, 全国观众的心里又不免有些忐忑, 他们担心龙年春晚无法被超越, 从此只能在梦里回顾经典。他们的担心是多余的, 因为2013央视蛇年春晚再度给了全国观众一个大的惊喜!

在保留了“会跳舞的舞台”同时, 蛇年春晚的舞台做了一些改进, 增加了一些先进而新颖的设备, 甚至大胆将一些偶尔在秀场上昙花一现的设备搬进了大型电视综艺晚会的现场, 其中最惊艳的当属升降云梯, 频繁使用的侧向车台亦非常夺人眼球。

蛇年春晚中一幕场景想必是最令全国观众惊叹连连并难以忘怀的, 那便是伴随着李玉刚百转千回、荡气回肠的《嫦娥》, 三位宇航员自悬浮于半空的太空舱中一边招手, 一边沉着地跨出舱门, 而后缓缓降落于舞台的场景。为祖国的航天事业自豪之余, 许多人不禁好奇, 这一切是如何实现的?难道是在拍电影么?

舞台机械的神奇之处就在于此, 结合音乐和光影效果, 许多原本只有在影视作品中运用特技才能够实现的场景, 在舞台上同样能够实现。而宇航员自太空舱中跨出这一幕正是升降云梯衔接升降台, 再加以光影辅助所达成的几可以假乱真的舞台效果。此外, 六位主持人出场时也很巧妙地利用了升降云梯。

升降云梯的主要功能是将栅顶上的演员输送到舞台面上, 因为云梯长而宽的台阶, 给演出现场营造出了一个宏大的气势。同时在云梯台阶的正立面还铺上LED屏, 可以显示各种图案以形成演出背景。

升降云梯收起在存储位置时, 是水平状态, 云梯的底面亦铺设有LED屏, 与演播厅的天花板平齐, 构成天花板的一部分。

作为云梯时, 前端下降约9米, 尾端下降约2米, 两端按比例异速运行, 当云梯下降至一定高度时, 台下升降台向上升起大约4米, 与云梯驳接, 从而构成了一个从云梯到台下升降台的通道, 演员随着升降台的下降, 可以连续从栅顶到达舞台面。

因为整个云梯吊挂在空中, 其稳定性是设计和安装的难点, 同时由于其最高点离舞台面有十多米高, 容易给演员造成恐高心理, 因而设计时在尾端采用了一块升降平台, 升降幅度2米, 这样就降低了云梯的斜度。

为了让云梯运行尽量平稳, 设计时升降平台采用齿轮齿条驱动, 倾斜部分的台阶钢架与升降平台之间采用铰接, 两者之间可以相对旋转, 云梯的前端采用卷扬机驱动、钢丝绳提升、重力下降的方式, 钢丝绳采用了钢芯钢丝绳, 并进行了预拉伸, 保证了钢丝绳使用后其伸长量极小, 这样就很好地解决了云梯的稳定性问题。

回想六位主持人携手而下, 或巧笑倩兮, 亭亭玉立, 或风度翩翩, 闲庭信步, 仿佛他们脚下踩的不是冷冰冰的机械云梯, 而是熠熠的彩云。此刻你不得不惊叹设计人员的细致入微和独具匠心, 机械工艺和艺术的完美结合在这里得到了最优雅的诠释。

或许不及升降云梯那般光彩夺目, 但是在整个蛇年春晚出镜率极高的侧向车台同样居功至伟。

侧向车台位于主舞台演出区的两侧, 对称布置。存储在LED大屏之后, 需要时可以向舞台中间移动。但由于舞台上空设置了升降云梯, 侧向车台无法移动到舞台中央位置, 水平移动的距离为7米, 移动速度为0.4米/秒。

由于整个舞台的台面均铺设了LED屏, 侧向车台无法用行走轮行走在LED屏上, 因此采用了吊挂式的结构, 在演播厅栅顶上铺设了两条悬挂式行走轨道, 以支承整个侧向车台及演员的重量。

侧向车台设计的难点是晃动问题, 因为空间限制, 侧向车台两侧的钢架无法做得足够有强度, 而且侧向车台不仅无法承压在升降台LED屏上, 也无法在LED屏上铺设导向机构。因此不仅存在着整个车台的侧向晃动, 前后晃动, 还存在着上下水平侧向移动不同步的问题。

为解决侧向车台上下移动不同步问题, 采用两台驱动电机, 分别布置在车台的顶部与底部, 并对上下两台电机进行同步控制。为解决前后晃动, 在底部的水平驱动机构中, 水平位置铺设了两条齿条, 以固定侧向车台的水平位置。

为了增加更多的变化, 增强演出效果, 每块侧向车台内还嵌设了三块升降台, 每块升降台的大小为2米×2米, 升降行程为7米, 速度为0.4米/秒, 三块升降台可以独立运行, 也可以同步或定比运行。

蛇年春晚的导演组似乎对侧向车台情有独钟, 所以观众能够在许多节目中看到它的身影。

当然, 越是复杂的机械在使用越频繁的情况下, 越是容易发生故障, 这是一个浅显易懂的道理, 幸而春晚的每一套舞台设备都经受住了考验, 无论是久经沙场的传统设备, 还是引领时代潮流的新奇设备。

春晚是全国人民的一件大事, 贡献于春晚舞台是所有舞台人的荣幸。每年的春晚舞台总是在很短的时间内创意、设计、制作和安装。同时, 春晚舞台机械的稳定性、可靠性要求也是最高的, 因为它必须面对全国观众现场直播。所以春晚舞台机械的设计, 必须采用绝对安全可靠的元器件, 运用非常成熟的技术和工艺, 从而保障设备的安全性和可靠性。

如今央视春晚早已摒弃了常规剧场的镜框式舞台设计, 将舞台完全敞开, 和观众区融于一个互通的空间, 让优美的歌声和掌声共鸣, 做到了真正的“与民同乐”。这是一种无法驳拗的潮流和趋势, 因为人们越来越迫切地追寻身临其境的奇妙感觉, 虽然传统的镜框式舞台依然无可替代。

文化的多元化发展, 催生出了复杂多样的表演形式, 也催生出了复杂多变的演出场馆和越来越神奇的舞台机械。同时, 为了避免无休止的建设各式各样的场馆, 节约越来越珍贵的土地资源, 场馆的多功能化越来越被重视。人们甚至希望在建一座现代化的大剧院同时, 也等于建了一个体育馆、音乐厅、展厅、宴会厅、电影院……

当然, 场馆不是变形金刚, 不可能真地做到面面俱到, 样样兼顾, 因为一个浅显易懂的道理, 杂而不精。兼顾的功能多了, 自然会有这样那样的缺陷, 舞台设计者们所努力的, 正是在兼顾更多功能的同时, 尽量减少或是降低这些缺陷。这就涉及到一个非常专业的领域——演艺空间功能变换。

说到演艺空间功能变换, 许多人都立刻联想到了多功能厅。没错, 很长一段时间, 在各类场馆中, 论变化多端, 多功能厅是无可争议的王者。它完全摆脱了常规剧院镜框式舞台的束缚, 在建筑、结构、暖通、水电等设计之初就已经为未来使用时的多功能化做好了准备, 再加上灵活多变的舞台机械、灯光和音响设备, 令其可拥有极多的功能变化。因为适合我国的国情需要, 多功能厅得到迅速普及和应用, 现在许多会展中心、大剧院、图书馆、学校, 甚至酒店和宾馆都设有多功能厅。

然而多功能厅相对常规剧院而言实在是太小了, 无论是演出空间还是观众席数量, 都远远无法满足某些大型演出的需求。所以舞台设计者们考虑在更大的场馆中重现多功能厅的效果, 令其能够在空间和功能上千变万化。

要实现这样的目标, 首先就需要像多功能厅一样打破常规镜框式舞台的束缚, 不能拘泥于观众厅和舞台必须一前一后, 隔台口相望, 便如央视的一号演播厅。

于是许许多多的非常规剧院或是其他场馆不断涌现并大放异彩, 它们走在时代的潮头, 将舞台设计者们的天才构想展现得淋漓尽致。

比如某省级电视台大剧院, 其池座观众席大部分座椅都能活动, 下面设有升降台, 当这些升降台全部升至舞台面高度时, 舞台域延伸到了观众厅之中, 表演区域面积翻了个翻, 而台口也就失去了其本身的意义。

比如上海世博会某场馆, 其舞台为中心式舞台 (又称岛式舞台) , 舞台四周设四道可升降的弧状大屏, 当大屏从地面升起, 就形成了四个放映厅, 其设计者可谓别出心裁, 另辟蹊径。

再比如某国内某大型秀场, 其观众厅和舞台区可以大面积的互换, 再加上融入了水中舞台的元素, 其空间和功能变换能力之强已经大大超越了多功能厅。

凡此种种例子不胜枚举, 而它们在带给观众视觉冲击的同时, 亦无一例外地向他们展示了舞台机械的鬼斧神工。在普通观众的心里, 舞台机械是神秘的, 因为它们能够化腐朽为神奇。

随着人们接受新文化新艺术的步伐越来越迅捷, 场馆对空间和功能变换的诉求自然也会越来越迫切, 而这一切所依仗的舞台机械也必将被更广泛更奇妙地应用。

海阔凭鱼跃, 天高任鸟飞, 挑战和机遇总是并存的, 我们都坚信, 无论是演艺事业还是舞台科技, 它们都有广阔的天地, 都有无限美好的明天!

舞台剧场 第5篇

【关键词】舞台灯光；网络节点；控制器；串口；剧场

文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.12.002

【Abstract】In this paper， the author introduced the design features of a stage lighting network node controller， including the design of multi serial port design， the automatic identification design of data transmission congestion and the design of the network interface.

【Key Words】stage lighting； network node； controller； serial port； theater

1 网络节点控制器的总体介绍

在舞台艺术效果呈现技术手段不断提升的今天，各类智能灯具的应用日趋成熟，规模数量也日趋庞大，以往的灯光控制系统已经不能满足于使用需求。灯光网络控制系统因其超强的数据传输能力、纠错能力和设备加载扩充能力，已被应用在很多新建的大、中型剧场中（系统示意图见图1）。在舞台灯光控制室、可控硅室、假台口、天桥和栅顶等关键部位都设计了网络控制节点，配置了强大功能的网络交换机和各种网络设备，但要使得这些剧场中的灯光设备能完全加入到这整套网络系统中来，有一样关键性的设备是不可缺少的，那就是灯光网络节点控制器。

笔者研发这款舞台灯光网络节点控制器，是通过专用灯光网络协议（Art-Net与ACN），将以太网数据映射并最终转换成普通的DMX灯光协议，把网络灯光数据转成多个串口数据并分送到各个设备上，使得终端的普通灯光设备也都能加入到整个网络控制系统中。而在后期的型式实验和工程应用的实践中，我们又不断地对其进行改进，主要在三方面做了更深层次的研究和性能提升：

（1）提出了多串口的FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）实现方法，由普通的软件实现向用硬件可编程方式实现，这种方式可以满足每个串口都能够随时双向发送接收频率为250 kb/s的DMX512信号，最终实现8个独立的DMX512通道传输。

（2）由于灯光数据在网络上非常多并且实时性要求很高，为了防止网络阻塞，研究了FPGA上对串口信号变化及时反应，在灯光数据未发生变化时，自动降低网络数据的传输间隔，节省网络资源。

（3）选择了更合适的网络接口芯片，实现了10 M/100 M以太网络自适应和端口AutoMDI/MDIX自适应功能。

2 网络节点控制器的多串口设计

由FPGA来实现多个串口。FPGA本身资源比较丰富，缓冲内存可以做在FPGA内部，简化了电路又便于维护。应用FPGA就是将整个系统设计成各个模块，8个双口RAM模块分别对应8个串口，每个串口模块都能够根据设置状态寄存器的值来实现发送串口或者接收串口。在将某个串口设成发送的模式下，串口模块由FPGA的定时器部分来决定每隔30 ms发一帧。我们选择信号帧的周期是30 ms是有原因的，一个DMX512信号帧，是由一个头是88 μs的低电平，加上零号数据，再加上512个灯光数据组成，而每一个数据又都是由11位组成，其中1个启始位，8个数据位，最后2个结束位。保持250 kb/s的速率发送的话，算出一个数据的传输时间是44 μs，那么一般情况下大约23 ms就可以发完一帧数据。还要考虑数据的帧和帧之间再留一些时间的空余，那么串口模块30 ms发一帧完全符合设计要求。而MCU（Microcontroller Unit，微控制单元，又称单片机）只需要灯光数据更新的时候才会把数据写入每个串口所对应的双口RAM（Random Access Memory，随机存储器）中，由串口模块定时将其中数据读走并按照固定帧格式发送出去。因此，这种机制使得MCU不需要将大量宝贵的系统时间花费在数据的搬运上，使得系统的运行更有效率、更加准确，从而提高产品的可靠性和安全性。

在FPGA内设计了几个主要应用模块：双口RAM模块（见图2），串口发送模块，串口接收模块。

3 对数据传输阻塞的自动判别设计

因为此网络节点控制器可以支持4到8个串口，具体每个串口是收还是发的状态，由串口模块寄存器里的值所决定。这就会出现一个问题，当所有的串口都被设成是接收状态时，就会使得这些串口都几乎同时向双口RAM里写数据。为了保持灯光数据的实时性要求，MCU这时的首要任务就是尽快将数据从双口RAM中提取出来，并打包成网络数据包，再通过以太网发送出去。而每一个串口收到的数据帧和帧之间的间隔可能也就在25 ms到30 ms左右，这时候的数据流量将会变得异常大，MCU的整体数据处理能力毕竟有限，此时系统将会变得异常繁忙，这种情况对整个系统的稳定性来说是非常危险的。一般说来，控制台发过来的DMX512数据，没有办法去减少或者限制，很可能就是一帧接着一帧连绵不断。那么有可能避免MCU系统的过度疲劳吗？笔者想从产品的实际工作情况中找办法。

从一般舞台灯光控制的经验来看，一场晚会或一次表演每一路灯光数据并不是时时刻刻在变化的，虽然DMX512信号数据是一帧一帧连续不断地发出的，但是大部分的时间里，其信号数据值是相同的。如果FPGA能够自己判断出前后两帧数据是否相同，那么这个问题也就迎刃而解了。这种方法的思路就是：如果前后两帧数据值相同，MCU就可以不理会，不向网络发新的数据包；如果它们不同，MCU再更新数据包。这样网络数据流量将会大大减少，MCU为搬动数据而花费的系统处理时间也会大大减少。

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怎么比较呢？因为此时双口RAM的切换操作控制权交给了MCU，FPGA本身并不能直接控制当前提取的是哪一块的内容。但笔者分析发现，可以通过合理的方法来设计双口RAM模块功能来解决。因为串口中每一个接收进来的字节数据是放在一个特定的变量里，而根据设计的双口RAM的特性来看，前一帧的相同路径的数据放入双口RAM后将会出现在设计的UART_RAM1_b变量里（见图3），通过此变量数据和当前双口RAM单元中数据比较，就可以判断前后两帧灯光数据是否相同了。

4 有关接口的设计

本网络节点控制器使用了W3150A加上RTL8201的组合（见图4）。W3150A是一款硬件协议栈芯片，该芯片符合高速的数字化网络连接方案，同时将TCP/IP等协议栈嵌入到硬件当中。它的基本功能是将并行的8/16位数据或高速串行数据加以处理，将数据以TCP/IP或者以UDP/IP等协议传给以太网控制芯片，从而实现数据在以太网上的传输。RTL8201是专门用于以太网对接的芯片，它是一个单端口的物理层收发器，实现了全部的10 M/100 M以太网物理层功能，提供全/半双工操作、支持双绞线和光纤的输出。

5 产品测试和系统分析

网络连接和灯光网络协议（Art-Net）的实现，我们使用了ARTNET网站上的ArtView软件来测试，这个软件是免费提供的。在一台PC机上安装此软件，打开将会出现以下画面（见图5）：

用一根交叉8芯普通五類网线将PC机和本以太网络转接器相连，将PC机网卡的IP地址设成：2.0.0.1，此软件界面就会显示出已经连接上了网络转接器（见图6）。其左下角的工具栏里就会出现，有灯光网络节点设备连在网络上，IP地址是2开头的。

5.1 第一步

第一步：接收DMX512数据转换成灯光网络数据包发至以太网的测试。

用一个灯光控制台发送DMX512信号给转接器的任意一个RS-485串口端，和此控制台相连的串口设置成接收状态，并且转换成Universe1的网络数据。转接器通过网线和PC机是相连的。如果转接器工作正常，在PC机的这个测试软件上就可以看出512路信号的每一个值。控制台发出的512路灯光亮度信号是32%时，软件数据界面如下（见图7）。

界面左下角可以看到，这512路数据是放在灯光网络数据包的组Universe1里，每一路的值都收到并且显示32%，接收到的数据完全正确了。

5.2 第二步

第二步：由PC机发送灯光网络数据包给节点控制器，并转换成DMX512信号的测试。

还是使用一个专用测试软件（见图8），进入发送菜单选择Art-Net组Universe1。

接下来进行DMX512信号的验证实验。将节点控制器的任意一个串口设为发送状态，接收的灯光网络数据包是Universe1，那么串口就会自动发送DMX512数据，用专用级示波器可以查看串口的数据格式（见图9）。

从图9可以看出DMX512的复位信号。根据文化行业标准WH/T-2008《DMX512-A灯光控制数据传输协议》要求的复位信号最小值为92 μs，本产品是92 μs，符合标准要求。

从示波器显示（见图10）中，可以看到其中一路亮度数据单元，这个单元宽度是44 μs。

因为DMX512的速率是250 kb/s，一个单元由包括起始位和停止位共11位，每一位是4 μs，完全符合DMX512数据标准。通过以上这些测试步骤，可以确定这款转接器信号稳定达到了设计要求。

6 结束语

本文提到的舞台灯光网络节点控制器，因其设计特性特别适合应用在智能灯具数量大并对灯光艺术效果要求高的演出场馆，并且可靠性和安全性符合相关规范，现已经在国内大、中型场馆中推广和应用。笔者也会不断关注其应用表现，持续升级改进，使得此款产品在各类演出中发挥出更大的作用。

（编辑 张冠华）

舞台剧场 第6篇

关键词：大型剧院,舞台专用灯光,网络节点控制器

1 节点控制器的总体介绍

舞台专用灯光网络节点控制器是利用专用灯光网络协议 (s ACN和Artnet) 通过以太网数据映射从而向普通的DMX灯光协议成功转化, 将网络灯光数据变成多个串口数据, 然后同步向诸多设备进行分送, 最终让最终端的普通灯光设备均能成为整个网络控制系统内。在后期的工程运用实践及实验过程中, 我们要持续改善它, 并以下面三方面为重点进行进一步研究, 从而提升节点控制器的性能。

(1) 因亮点数据对实时性的要求较高且在网络上出现的频率较高, 因此, 要针对FPGA上串口信号变化的反应度展开研究, 从而避免出现网络阻塞的情况出现。同时, 当亮度数据没有出现变化的时候, 应自动地将网络数据之间的传输间隔缩短, 有利于节省网络资源。

(2) 给出了多串口的FPGA实现手段, 让软件实现硬件可编程方式, 从而致使所有串口均可以实时双向发送接收频率为250kb/s的DMX512信号, 最终实现八个独立的DMX512通道传输。

(3) 确定了最佳的网络接口芯片, 促使端口Auto MDI/MDIX自适应与10M/100M以太网络自适应功能实现。

2 灯光网络节点控制器的多串口部分设计

依靠FPGA实现多个串口。由于FPGA的资源很丰富, 在FPGA中可实现缓冲内存的功效, 如此既为维护提供方便, 又能简化电路。应用FPGA是指把整个系统设计为诸多模块, 八个双口RAM模块分门别类地与八个串口相对应, 每一个串口模块均可通过对状态寄存器值的设置来实现接收或发送串口。在把某个串口设置为发送模式后, 串口模块从FPGA的定时器确定每个30ms发一帧。

之所以选择信号帧的周期为30ms, 是因为DMX512信号帧是由零号数据、一个头为88us的低电平以及512个亮度数据构成的。而每个数据均由总数多达11位, 其中有数据位8个、启始位、结束位、状态位各一个。如果要继续保持250kbs的速率发送数据, 且传输数据的时间为44us的话, 那么就应当尽可能地确保发完一帧数据的时间大概是23ms。此外, 要考虑数据的帧与帧之间的预留时间, 唯有如此才可确保串口模块30ms发一帧彻底达标。但是MCU只需要在更新数据的过程中将每一个串口对应的双口RAM内写入, 让串口模块定时地读入数据并依据固定帧格式传送出去。所以, 此类机制让MCU无须把很多宝贵的系统时间耗在搬运数据上, 让系统的运行变得愈加准确和效率, 进而提升产品的安全性与可靠性。在FPGA中设计了串口发送模块、双口RAM模块以及串口接收模块这几个主要的应用模块。

3 对数据传输阻塞的自动判别设计

由于该网络节点控制器支持串口多达4至8个, 串口模块寄存器内的值决定了每个串口所处的状态, 究竟是发还是收。然而, 一旦全部串口均处在接收状态, 此类串口向双口RAM里写数据几乎是同步的。为了确保灯光数据达到实时性的要求, MCU必须先尽可能地从双口RAM内提取出数据, 并打包为网络数据包, 然后经以太网进行传送。但是, 每一串口接收到的数据帧与帧之间的间隔时间也许就只有25ms至30ms, 此时数据流量会迅速变大。由于MCU的整体数据的处理能力受限, 因此这个时候的系统会变得相当繁忙, 这既不利于整个系统的稳定性。通常而言, 我们不能限制或减少控制台传输过来的DMX512数据, 也许接收到的数据是一帧接着一帧的。有人会想, 这会影响到MCU系统吗?下面将以产品的实际工作状况为入手点寻找出解决措施。

结合通常灯光控制的经验, 我们可知, 每场表演或晚会中的每一路灯光数据并非一直在实时变化的。尽管DMX512信号数据在发出时是一帧接着一帧的, 然而在大多数时间中其亮度信号值是一致的。从这可看出, 若FPGA可成功地对前后两帧数据是不是一致进行判断, 那么此问题也就可以随之解决。也就是说, 若前后两帧数据值是一致的, 那么MCU就能不发送新数据包给网络;若不同, 则应重新对数据包进行更新。如此即可大大减少网络数据流量, 同时节约系统处理时间。

如何进行比较呢, 由于这个时候MCU具备双口RAM的切换操作控制权, 而FPGA并不支持对某块内容进行直接提取与控制。然而通过一系列分析, 我们可采用合理手段对双口RAM模块功能进行设计已处理好这类问题。由于串口中每一个接收到的字节数据是放在一个特定的变量中。但是从双口RAM的特征上来说, 前一帧的相同路径的数据当进入双口RAM之后会在设计好的UART_RAM1_b变量中出现。通过对如今双口RAM单元内的数据与该变量数据的对比, 即可对前后两帧灯光数据是不是一致的进行判别。

4 产品测试和系统分析

灯光网络协议与网络实现连接后, 可利用ARTNET网站上的免费的Art View软件进行测试。采取一根交叉八芯的普通网线连接好以太网络转接器与PC机, 把PC机网卡的IP地址设置为2.0.0.1, 这种软件界面即可显示出已与网络转接器连接。同时, 其左下角的工具栏内即会出现, IP地址为2打头的, 有灯光网络节点位置与网络相连。

第一步, 接收DMX512, 并逐步转变成灯光网络数据包, 再传送到以太网的测试中。以一个灯光控制台将DMX512信号发送出去, 由转接器的485串口端接收。同时, 要与这个控制台相连接的串口设置为接收状态, 且转变为Universe1的网络数据。

实际上, 转接器是依靠PC机与网线连接起来的。若转接器处于正常工作状态, 那么在PC机的测试软件上即可见到512路信号的所有值。一旦控制台发布的512路灯光亮度信号为32%, 图2为软件数据界面。

从界面的左下角中我们可见, 此512路数据是放置于灯光网络数据包的组Universe1内, 每一路的值均能接收到, 且数据全对, 显示32%。

第二步, 在节点控制器内转换pc机发灯光网络数据包, 使之变成DMX512信号的测试, 应用一个专业的测试软件, 到发送菜单界面选定Artnet组Universe1。

紧接着对DMX512信号开展验证实验, 把任意选定节点控制器的一个串口, 将其设置成发送状态, 假如收到的灯光网络数据包为Universe1, 那么串口会自动地将DMX512数据发送出去, 通过专用级示波器可查看到串口的数据格式。

图3为示波器的实际显示图, 从中我们可发现DMX512的头数据。手册规定, 数据头低电平务必要超过88us, 而我们设计出的产品为92us。

示波器的实际显示详见图4, 从图中我们很容易看出一路亮度数据单元, 此单元宽度为44us。

由于DMX512的速率是250Kbs, 每一个单元是由停止位与起始位构成的, 其中二者的总数为11位, 每一位为4us, 这与DMX512数据标准彻底相符。依靠上面的测试流程可知, 此款转接器信号稳定达标。

5 设计总结