# RS485-Pharos LPC 智能照明控制系统 — 概要设计

版本：2026-10-10 | 仓库：http://www.kanghexin.work:3000/tonycao/rs485-lpc.git

## 1. 系统概述

以 Pharos LPC 控制器为核心的**自治照度闭环调光系统**。LPC 直接通过 RS485(Modbus RTU) 采集光照度，在控制器本地运行自适应闭环算法调节 DMX 灯具亮度，无需上位机参与控制；Ubuntu 服务器仅承担监控、历史记录与网页控制台（通过 LPC HTTP API 下发参数）。

## 2. 总体架构

```
        ┌─────────────────────────────────────────────┐
        │              RS485 总线 (4800 8N1)           │
        │   光照传感器(地址2) ◄────► LPC 串口(主机轮询)  │
        └─────────────────────────────────────────────┘
                            │
┌──────────────┐   HTTP    ▼
│  浏览器       │◄────────┐│
└──────▲───────┘         ││  ┌──────────────────────────────────┐
       │ HTTP :8090      ││  │ Pharos LPC 192.168.58.109        │
┌──────┴───────────────┐ ││  │ ┌──────────────────────────────┐ │
│ Ubuntu 192.168.58.7  ├─┘│  │ │ Trigger #14 LuxPoll          │ │
│ lpc_web.py (Flask)   │  │  │ │  每秒发 Modbus 读帧            │ │
│  - /send 指令转发     │  │  │ │ Trigger #15 LuxIn            │ │
│  - /luxlink 联动开关  │  │  │ │  解析响应 → 自适应闭环 → 调光   │ │
│  - /history 历史记录  │  │  │ │ Trigger #2/#8-#13/#16-#20    │ │
└──────┬───────────────┘  │  │ │  参数设置/手动指令/联动开关     │ │
       │ HTTP API          │  │ └──────────────┬───────────────┘ │
       └───────────────────┴──┤ DMX/eDMX 输出 → 灯具             │
                              └──────────────────────────────────┘
```

**设计原则**：控制闭环全部下沉到 LPC（断网上位机不影响调光）；上位机与网页只做监控和参数注入。

## 3. 硬件与链路

| 项 | 配置 |
|---|---|
| 控制器 | Pharos LPC（SN 0140650，FW 2.16.3，IP 192.168.58.109） |
| 传感器 | 仁科光照度传感器，Modbus RTU 地址 2，输入寄存器 0x0002（32 位 lux） |
| 总线 | RS485，4800 8N1；LPC 串口独占主机，Ubuntu USB-485 已停用（避免双主机冲突） |
| 上位机 | Ubuntu 192.168.58.7，运行 lpc_web.py（:8090） |

## 4. LPC 触发器设计（Designer 项目 0140650.pd2）

| # | 名称 | 类型/匹配 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 1 | Startup | 启动 | eDMX pass-through |
| 2 | BRT | Serial `BRT=<2d>` | 手动亮度 |
| 8 | LUX | Serial `LUX=<3d>` | 手动目标照度（旧） |
| 9 | LXT | Serial `LXT=<6d>` | **设定目标照度** `lux_target` |
| 10 | LX2 | Serial `LX2=<6d>` | 显示映射 |
| 11/12 | FX/SC | Serial | 效果/场景选择 |
| 13 | FXLoop | Timeline Ended | 效果循环 |
| 14 | **LuxPoll** | Real Time 每秒 | Output Serial 发 `02 03 00 02 00 02 65 F8` |
| 15 | **LuxIn** | Serial hex `020304<4c><2c>` | **闭环主脚本** `lpc_modbus_lux.lua` |
| 16/17 | LuxLinkOn/Off | Serial `LLON`/`LLOFF` | 联动开关 `lux_link_on` |
| 18 | LuxFadeSet | Serial `FAD=<4d>` | 渐变时间 `lux_fade`（0.1s 单位） |
| 19 | LuxPeriodSet | Serial `PER=<4d>` | 调节间隔 `lux_poll_s`（1~60s） |
| 20 | LuxDeadbandSet | Serial `DBD=<4d>` | 死区 `lux_deadband`（1~1000，默认 1） |

所有触发器均可 HTTP 触发：`POST /api/trigger?num=N&var=V`。

## 5. 闭环控制算法（#15 LuxIn）

采用**自适应逆模型控制 + 分段增益调度 + 保守阻尼**（对比 PID/bang-bang 后选定，见 SUMMARY 分析）：

1. **采集闸门**：`lux_value` 全局暴露 → `lux_link_on` 联动开关 → `lux_poll_s` 调节间隔（`os.time()` pcall 兜底，失败退化计数分频）
2. **灵敏度在线辨识**：k = Δlux/Δlevel，按亮度分 5 档（lux_kb[1..5]）分别学习；不对称 EMA（k 涨快×0.5、跌慢×0.1）系统性偏高估 → 偏向欠调；限幅时/变化<3 Lux 时不采样防污染
3. **步长计算**：`delta = err/k × lux_agg`，上限 ±20%；|err|<30 Lux 爬行减半
4. **过冲自惩罚**：误差变号 → 该档 k×1.3 + `lux_agg`×0.5
5. **欠调自加速**：连续同向 → `lux_agg`×1.15（上限 0.9）
6. **基准亮度累加器** `lux_cur_level`：避免硬件读回量化吞掉小步长；与实测偏差>5% 自动重同步
7. **输出**：`grp:set_master_intensity(new, lux_fade)`，限幅 5%~100%

**实测**：下行 478→300、上行 300→450 均单调无过冲，3~5 步收敛；稳态波动 ±2 Lux（传感器噪声底）。

**Lua 全局变量**（`GET /api/lua?variables=...` 可读）：`lux_value` `lux_target` `lux_deadband` `lux_fade` `lux_poll_s` `lux_link_on` `lux_k/lux_kb` `lux_agg` `lux_cur_level`。

## 6. 上位机与网页控制台（lpc_web.py :8090）

| 端点 | 功能 |
|---|---|
| `POST /send?cmd=XXX=N` | 转发 `POST /api/trigger?num=N&var=V`（映射 BRT:2 LUX:8 LXT:9 LX2:10 FX:11 SC:12 FAD:18 PER:19 DBD:20） |
| `GET/POST /luxlink` | 联动开关（#16/#17）+ 返回 `{on,lux,target,fade,period,deadband}` |
| `GET /history` | 历史曲线数据（后台定时采集 lux_value 记录 history.jsonl） |

网页"照度联动"卡：开关、目标照度、轮询周期、渐变时间、死区均可调，即改即生效。

## 7. 关键设计约束与教训

- LPC Lua **不能直接调 `os.time()`**（静默中断），必须 pcall 兜底
- **上传项目后 Timeline 全停、Lua 全局清零** → 须重启 T1（`POST /api/timeline {"action":"start","num":1}`）
- RS485 总线只能单主机；Ubuntu 侧串口轮询脚本已全部停用
- 目标照度不能超过灯具物理上限（100% 亮度 ≈ 480 Lux，夜间无环境光时）

## 8. 文件清单

| 文件 | 说明 |
|---|---|
| `lpc_modbus_lux.lua` | #15 闭环主脚本（当前运行版本） |
| `lpc_lux_fade/period/deadband.lua` | #18/#19/#20 参数脚本 |
| `lpc_serial_*.lua` / `lpc_fxloop.lua` | #2/#8/#9/#10/#11/#12/#13 脚本 |
| `lpc_web.py` | 网页控制台（部署于 Ubuntu ~/rs485-lpc/） |
| `0140650.pd2` | Designer 项目归档（实体在 `C:\Users\tonycao\Documents\`） |
| `SETUP/USAGE/SUMMARY/TEST_REPORT.md` | 部署/使用/演进/测试文档 |
| `ui.ps1` `Run-Remote.ps1` 等 | Designer GUI 自动化与远程部署工具链 |