本科組-控制類-孝感學(xué)院-模擬舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)

2011-2012德州儀器C2000及MCU創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目報(bào)告題目：模擬舞臺(tái)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(tái)：Cortex-M參賽隊(duì)成員名單（含個(gè)人教育簡(jiǎn)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(qǐng)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(tái)燈光控制系統(tǒng)摘要（中英文）（概述項(xiàng)目?jī)?nèi)容，簡(jiǎn)單介紹所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)(100-150字左右)）我們此次設(shè)計(jì)利用M3內(nèi)核控制RGB彩燈陣列，借鑒點(diǎn)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(gè)舞臺(tái)的RGB彩燈陣列發(fā)出任意我們想要顏色的光，同時(shí)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(tái)燈光控制的效果。引言（簡(jiǎn)述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、目的、和所要解決的問題。）設(shè)計(jì)背景：我們知道從個(gè)人演唱會(huì)到各種大型文藝活動(dòng)，一方面舞臺(tái)燈光起著照明的作用；另一方舞臺(tái)燈光效果直接影響著整個(gè)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的氣氛，比如詩(shī)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(gè)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)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(cuò)，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(dòng)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(cè)，我們只需要控制按鍵就可以讓舞臺(tái)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(yùn)行，讓舞臺(tái)燈光操作起來更加簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)電路整個(gè)舞臺(tái)燈光的控制電路分為主控制電路和燈光實(shí)現(xiàn)電路，只要我們對(duì)應(yīng)主控制電路中TFT彩屏上的效果按下對(duì)應(yīng)矩陣鍵盤中的效果按鍵，藍(lán)牙eq\o\ac(○,1)就會(huì)發(fā)出信號(hào)，同時(shí)燈光實(shí)現(xiàn)電路中藍(lán)牙eq\o\ac(○,2)接受信號(hào)并送給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號(hào)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(tái)燈光控制！（詳細(xì)說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體思路，用模塊的形式指出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，并指出其中使用的關(guān)鍵算法）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（詳細(xì)介紹系統(tǒng)各個(gè)模塊的硬件實(shí)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(duì)能體現(xiàn)工作量和創(chuàng)新的部分提供原理圖，評(píng)委有權(quán)對(duì)濫用原理圖的論文扣分））輸入部分：由于，且對(duì)于舞臺(tái)上的效果要求達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的，故必須每種效果設(shè)定單獨(dú)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(gè)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(jí)聯(lián)而成，構(gòu)成4×8的矩陣鍵盤只需要7個(gè)I/O口，而且只需要級(jí)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(jí)聯(lián)電路，故我們需要利用單片機(jī)檢測(cè)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(shí)搭建的控制室位置不定，而且有線會(huì)影響舞臺(tái)美觀，故我們采用藍(lán)牙無線通訊，既美觀又方便了操作臺(tái)的的架設(shè)，為可移動(dòng)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(zhǎng)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(shí)間讓我們的燈光賦予節(jié)奏感，更加適應(yīng)舞臺(tái)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(shí)現(xiàn)每一路單獨(dú)控制，從而實(shí)現(xiàn)每一路R、G、B任意控制的目的。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹算法設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)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(hào)編碼信號(hào)編碼串口傳輸信號(hào)串口傳輸信號(hào)控制電路流程圖燈光實(shí)現(xiàn)電路流程圖檢測(cè)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(jì)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(jí)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(jì)算可以知道，相比6×6矩陣鍵盤需要12個(gè)I/O口，若用八線三線編碼器級(jí)聯(lián)，12個(gè)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(shì)！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(diǎn)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(shí)現(xiàn)混色，讓一個(gè)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(shí)可發(fā)出24路PWM，即使高級(jí)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(shí)現(xiàn)多路RGB彩燈任意混色的目的。評(píng)測(cè)與結(jié)論（系統(tǒng)測(cè)試方法和達(dá)到的指標(biāo)）單色效果測(cè)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(cè)試ccolour7colour1colour2colour3colour4colour5colour6經(jīng)測(cè)試：燈光可實(shí)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(cè)試測(cè)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(shí)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(cè)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(cè)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(shí)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(cè)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(cè)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