本科組-控制類-孝感學(xué)院-模擬舞臺燈光控制系統(tǒng)

2011-2012德州儀器C2000及MCU創(chuàng)新設(shè)計大賽項目報告題目：模擬舞臺燈光控制系統(tǒng)學(xué)校：孝感學(xué)院指導(dǎo)教師：曾慶棟組別：本科組應(yīng)用類別：控制系統(tǒng)類平臺：Cortex-M參賽隊成員名單（含個人教育簡歷）：阮飛現(xiàn)就讀于孝感學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院肖立亮現(xiàn)就讀于孝感學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院謝啟現(xiàn)就讀于孝感學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院視頻文件觀看地址（若未拍攝，請注明）：/v_show/id_XMzU2ODA4NjEy.html郵寄地址聯(lián)系方式：湖北省孝感市孝感學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院謝目：模擬舞臺燈光控制系統(tǒng)摘要（中英文）（概述項目內(nèi)容，簡單介紹所實現(xiàn)的系統(tǒng)(100-150字左右)）我們此次設(shè)計利用M3內(nèi)核控制RGB彩燈陣列，借鑒點陣的控制方法定位矩陣列中的彩燈，每三路DAC分別控制一行彩燈的R、G、B配色比，總共通過8組DAC來控制整個舞臺的RGB彩燈陣列發(fā)出任意我們想要顏色的光，同時通過控制不同行列RGB彩燈變換的速度來調(diào)節(jié)彩燈閃爍的頻率和變換的規(guī)律，從而達(dá)到舞臺燈光控制的效果。引言（簡述系統(tǒng)設(shè)計的背景、目的、和所要解決的問題。）設(shè)計背景：我們知道從個人演唱會到各種大型文藝活動，一方面舞臺燈光起著照明的作用；另一方舞臺燈光效果直接影響著整個活動現(xiàn)場的氣氛，比如詩歌朗誦類感情色彩比較豐富的節(jié)目，需要色彩柔和且節(jié)奏變換緩慢的燈光效果，而像勁歌、熱舞類節(jié)目，則需要色彩鮮明節(jié)奏極富變化的燈光效果來烘托整個活動現(xiàn)場的氣氛，但是這些效果如果單靠人為去控制就顯得有些繁瑣，而且人為控制容易出錯，很多情況都需要燈光師有敏捷的反應(yīng)能力和熟練的操作技巧，一般人很難操作，另外人為控制過程中抖動情況比較嚴(yán)重，容易造成發(fā)光器件的損壞，可以說人工控制已經(jīng)無法滿足要求。目的：我們利用單片機(jī)的準(zhǔn)確性和靈活性，將各種形式的燈光變換效果整理成冊，我們只需要控制按鍵就可以讓舞臺上的燈光變換出我們需要的燈光效果，這樣一方面提高了控制的準(zhǔn)確度；另一方面也減少燈光控制師工作量，設(shè)定效果，燈光就按我們預(yù)定的效果運行，讓舞臺燈光操作起來更加簡便、快捷。系統(tǒng)方案44×8矩陣鍵盤LM3S811控制器藍(lán)牙LM3S811控制器藍(lán)牙eq\o\ac(○,2)鍵盤編碼電路鍵盤編碼電路2424路DAC控制電路藍(lán)牙eq\o\ac(藍(lán)牙eq\o\ac(○,1)LM3S811控制器RGB彩燈陣列TFT彩屏顯示RGB彩燈陣列TFT彩屏顯示主控制電路燈光實現(xiàn)電路整個舞臺燈光的控制電路分為主控制電路和燈光實現(xiàn)電路，只要我們對應(yīng)主控制電路中TFT彩屏上的效果按下對應(yīng)矩陣鍵盤中的效果按鍵，藍(lán)牙eq\o\ac(○,1)就會發(fā)出信號，同時燈光實現(xiàn)電路中藍(lán)牙eq\o\ac(○,2)接受信號并送給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號迅速調(diào)節(jié)24路DAC輸出不同的電壓來變換燈光效果，完成舞臺燈光控制?。ㄔ敿?xì)說明系統(tǒng)設(shè)計的整體思路，用模塊的形式指出系統(tǒng)設(shè)計的各個關(guān)鍵點，并指出其中使用的關(guān)鍵算法）系統(tǒng)硬件設(shè)計（詳細(xì)介紹系統(tǒng)各個模塊的硬件實現(xiàn)過程，說明采用關(guān)鍵器件的理由及關(guān)鍵部分的原理圖（不得大量復(fù)制原理圖，更多用框圖的方式示意，僅對能體現(xiàn)工作量和創(chuàng)新的部分提供原理圖，評委有權(quán)對濫用原理圖的論文扣分））輸入部分：由于，且對于舞臺上的效果要求達(dá)到實時控制的目的，故必須每種效果設(shè)定單獨的按鍵，如果考慮傳統(tǒng)的5×5、6×6矩陣鍵盤則需要十多個I/O口，這樣不僅需要控制器更多的I/O口而且不便于擴(kuò)展，此處我們的輸入部分則采用4片SN74hc148八線三線編碼器級聯(lián)而成，構(gòu)成4×8的矩陣鍵盤只需要7個I/O口，而且只需要級聯(lián)八線三線編碼器就可以繼續(xù)擴(kuò)展鍵盤，便于擴(kuò)展鍵盤。由于采用八線三線編碼器級聯(lián)電路，故我們需要利用單片機(jī)檢測然后解碼來確定按鍵！顯示部分：由于燈光控制效果比較多，則必然要求控制系統(tǒng)可顯示信息量大而且直觀，便于操作，故此處我們采用TFT彩屏顯示器！傳輸部分：由于控制室一般設(shè)在比較角落的地方，而且很多戶外臨時搭建的控制室位置不定，而且有線會影響舞臺美觀，故我們采用藍(lán)牙無線通訊，既美觀又方便了操作臺的的架設(shè)，為可移動控制室提供了很大的便利！由于傳輸信息量比較大，故此處我們采用了集中編碼的形式，用定長碼編碼信息，讓傳輸?shù)男畔⒏訙?zhǔn)確！燈光控制部分：我們利用紅、綠、藍(lán)（RedGreenBlue）基本顏色可配比出其他任意顏色的原理，每一行利用三路DAC給不同的電壓來調(diào)節(jié)一組燈珠中R、G、B亮度的強(qiáng)弱，從而得到我們需要的顏色。另外通過合理控制燈光交替變換的時間讓我們的燈光賦予節(jié)奏感，更加適應(yīng)舞臺的變換！此處24路DAC我們采用了3片TLV5628串行輸入并行輸出八位八路DAC。串行輸入節(jié)約控制器I/O口，八路并行輸出可以實現(xiàn)每一路單獨控制，從而實現(xiàn)每一路R、G、B任意控制的目的。系統(tǒng)軟件設(shè)計詳細(xì)介紹算法設(shè)計與算法流程圖（不得大量復(fù)制源代碼）開始開始開始開始程序初始化程序初始化程序初始化程序初始化調(diào)節(jié)各路DAC輸出電壓接收中斷檢測標(biāo)志位自變量鍵盤編碼電路掃描調(diào)節(jié)各路DAC輸出電壓接收中斷檢測標(biāo)志位自變量鍵盤編碼電路掃描TFT彩屏顯示TFT彩屏顯示鍵盤解碼鍵盤解碼信號編碼信號編碼串口傳輸信號串口傳輸信號控制電路流程圖燈光實現(xiàn)電路流程圖檢測標(biāo)志位自變量代碼voidjudge(void){ switch(flag_effect) { caseflag_only: { switch(flag_colour) { caseflag_white:all_colour(white);break; caseflag_blue:all_colour(blue);break; caseflag_yellow:all_colour(yellow);break; caseflag_green:all_colour(green);break; caseflag_red:all_colour(red);break; caseflag_purple:all_colour(purple);break; caseflag_blue_light:all_colour(blue_light);break; caseflag_black:Black();break; } }break; caseflag_several: { several_colour_change(white,red,blue,yellow,green,purple); }break; caseflag_water: { water_colour(); }break; caseflag_informal: { switch(flag_colour) { caseflag_white:slow_light(white);break; caseflag_blue:slow_light(blue);break; caseflag_yellow:slow_light(yellow);break; caseflag_green:slow_light(green);break; caseflag_red:slow_light(red);break; caseflag_purple:slow_light(purple);break; caseflag_blue_light:slow_light(blue_light);break; caseflag_black:Black();break; } }break; caseflag_two_four:{ two_four(); }break; caseflag_three_four:{ three_four(); }break;caseflag_four_four:{ four_four(); }break; caseflag_six_eight:{ six_eight(); }break; }}系統(tǒng)創(chuàng)新（總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新之處）矩陣鍵盤我們的4×8矩陣鍵盤采用4片SN74hc148八線三線編碼器級聯(lián)而成，將矩陣鍵盤進(jìn)行編碼處理，這樣既節(jié)約了控制器寶貴的I/O口，也方便了鍵盤的進(jìn)一步擴(kuò)展，我們通過計算可以知道，相比6×6矩陣鍵盤需要12個I/O口，若用八線三線編碼器級聯(lián)，12個I/O口可以擴(kuò)展成8×9的矩陣鍵盤，并且越往上擴(kuò)展越可以體現(xiàn)它的優(yōu)勢！R、G、B混色我們通常用的發(fā)光器件一般只能發(fā)出一種顏色的可見光，就算是色彩變化多一點的發(fā)光二極管，也不超過三種色彩，但我們借助色彩學(xué)中紅、綠、藍(lán)三色可配色的原理，通過控制R、G、B三色的亮度實現(xiàn)混色，讓一個二極管可以發(fā)出多種顏色的光！用DAC控制RGB彩燈顏色若采用PWM控制RGB彩燈混色，則需要系統(tǒng)電路可同時可發(fā)出24路PWM，即使高級控制器也很難有如此豐富的內(nèi)部資源，且相比控制過程也相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，我們借助串行輸入并行輸出八路DAC，用很少的I/O口輕易控制24路輸出電壓，從而實現(xiàn)多路RGB彩燈任意混色的目的。評測與結(jié)論（系統(tǒng)測試方法和達(dá)到的指標(biāo)）單色效果測試顏色白色藍(lán)色黃色綠色紅色紫色淺藍(lán)滅燈效果偏色正常正常正常正常正常正常正常2、七彩效果測試ccolour7colour1colour2colour3colour4colour5colour6經(jīng)測試：燈光可實現(xiàn)七色多種循環(huán)變化，且頻率可調(diào)節(jié)。3、流水效果測試測試流水效果如下：紅色 綠色 紫色 藍(lán)色 紅色 綠色 紫色 淺藍(lán) 黃色 藍(lán)色 白色 黃色注釋：虛箭頭表示eq\o\ac(○,0)→eq\o\ac(○,1)→…→eq\o\ac(○,7)單排流水效果實箭頭表示eq\o\ac(○,0)→eq\o\ac(○,0)eq\o\ac(○,1)→…→eq\o\ac(○,0)eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,7)累加流水效果4、頻閃效果測試頻率顏色頻率顏色白色藍(lán)色黃色綠色紅色紫色淺藍(lán)滅燈100偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常200偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常300偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常400偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常500偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常600偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常700偏色正常正常正常正常正常顏色不純正常5、2/4拍效果測試說明：2/4和4/4都是四分音節(jié)為一拍,2/4是2拍為一小節(jié),4/4是4拍為一小節(jié)。012表示第1，2，3行同時亮紅色！eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)012→3→456→7eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)567→4→123→0eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)0123→56→2345→676、3/4拍效果測試eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,嚓)0123→456→7eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,嚓)4567→123→0eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,嚓)012567→1256→34eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,嚓)01234→345→677、4/4拍效果測試eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)eq\o\ac(○,噔)eq\o\ac(○,嚓)012567→34→1256→34eq\o\ac(○,噔)eq\o