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）：

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）
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
步长计算：delta = err/k × lux_agg，上限 ±20%；|err|<30 Lux 爬行减半
过冲自惩罚：误差变号 → 该档 k×1.3 + lux_agg×0.5
欠调自加速：连续同向 → lux_agg×1.15（上限 0.9）
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
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

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