基于传感网的智能舞台灯光控制系统

关键词： 舞台灯光 视觉效果 引言 演出

1引言

随着我国文艺演出事业的不断发展,舞台演出的视觉效果越来越受人们重视,舞台灯光作为演出的组成部分之一,其效果决定着一场演出的完美与否。 因此舞台灯光系统也随之越来越庞大,各种灯光调制技术越来越复杂,同时也呈现出了丰富多彩的使用效果。 目前很多演处场所仍然利用以太网络进行数据的有线传输,存在着综合布线及通信电缆选择等实际工程问题,工程量大、成本高。

Zig Bee技术是一种崭新的,专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术,在价格、信号稳定性、开发周期等方面与同类无线产品相比也有很大的市场竞争力,也是目前嵌入式应用的一个大热点。

2系统总体架构

系统将无线传感器节点嵌入到灯中,通过高端使用软件定时或手动调节不同灯节点的不同亮度,实现灯光的无线智能控制,达到不同的现场灯光效果。 无线调光控制系统解决了调制现场布线复杂的问题,可以应用于摄影棚、舞台灯或景观灯等。系统需要PC机对控制区域内的每一盏灯不但可以单点控制,而且能够检测到灯的亮度信息。 PC节点为路由节点,通过串口与PC机高端使用软件通信。 每一个逻辑网络都有一个路由节点,这些路由节点与PC节点无线通信;另外这些路由节点与同一逻辑网络中的其他终端节点也进行无线通信。 每个终端节点最多可接入三盏灯,通过核心处理单元和外围电路,可以独立控制测试到每一盏灯。

3系统硬件的设计

硬件主要是灯的亮度控制和亮度采集电路设计。 灯的亮度控制利用MC13213 的GPIO引脚控制可控硅,从而控制灯的导通角;亮度采集利用MC13213 的A/D引脚,需要将交流电转换为MC13213 可处理的模拟量。

在利用可控硅控制导通角进行灯光亮度控制的功率控制方法中,用到移相控制技术,需要检测过零触发信号。 过零检测的作用可以理解为给MC13213 提供一个标准,这个标准的起点是零电压,可控硅导通角的大小就是依据这个标准。 控制灯亮度时,不同亮度都对应一个导通角,而每个导通角的导通时间是从零电压开始计算的,导通时间不一样,导通角度的大小就不一样,因此灯的亮度就不一样。

灯亮度采集部分利用绵阳市维博电子有限责任公司的交流电压传感器WBV412SO1_0.2。 此交流电压传感器输入为0~250VAC,输出为0~5VDC,需要12VDC供电。 故可以将输入到灯的交流电转化为0~5V的模拟量输出, 另外接0~5V转化为0~3.3V的电路即可。

4系统软件的设计

4.1 底端软件设计

底端软件定制,只需要根据留出的软件接口配置应用框架层的参数即可。 对于单个的无线节点来说,根据控制系统应用需求, 将终端节点MC13213 的PTB0/AD1P0、PTB1/AD1P1、PTB2/AD1P2 引脚配置为A/D功能,用于检测灯的亮度,10 位的采集精度,200 次均值滤波,A/D采集的限值为0-1023, 报警限值也为0-1023。 PTA1/KBI1P1~PTA3/KBI1P3 配置为GPIO的输出功能,用于控制灯的亮度,默认输出低电平。 PTA0/KBI1P0 配置为GPIO的输出功能,用于控制运行指示灯的亮灭,指示节点是否正常工作,默认输出低电平。 PTC0/TXD2 配置为GPIO的输入功能,用于过零检测。

路由节点和终端节点的串口的波特率都配置为9600,无线通道为4 通道,无线发射功率为0x FF。

测试使用的整个系统网络分为3 个逻辑网络,分别有5、8、12 个终端节点,每个逻辑网络都有一个路由节点。 路由节点和终端节点都拥有一个唯一的6 字节地址。 应用框架层参数配置信息在每一次配置时都写入了MC13213 规定的Flash页中,以方便节点重新上电后能够按照最后一次配置信息进行正常工作。

4.2 高端配置与测试软件设计

软件主要由四个部分组成,分别为:舞台灯的配置;舞台灯的测试;主控制界面。

舞台灯的配置主要是指:根据实际使用的舞台灯情况,配置舞台灯所接的灯单元(子灯)的情况,并根据用户的需求更改名称。 舞台灯地址编址包括段、区域、组、灯和子灯五个部分,即这五个部分确定一盏舞台灯的连接。 段号、区域号、组号、灯号的取值范围都为1-254。 子灯号的取值范围为1-4。 配置时允许用户更改段名、区域名、组名和子灯名,添加或者删除信息。

舞台灯的测试主要是指:用户可选择测试范围包括某段、某区域、某组、某灯或者某子灯。

主控制界面提供的功能包括:(1)用户选择控制范围,可选到段、区域、组、灯或者子灯;(2)显示用户所选控制范围内的所有子灯连接情况;(3) 可设置每盏舞台灯所接的子灯的图片、子灯的亮度、子灯的时控起始时间和结束时间。 (4)对子灯的控制包括实时控制和时控控制,实时控制即立即执行,时控控制即子灯在起始时间和结束时间之内控制, 到达结束时间之后子灯关闭。

5结语

本文首先对控制系统的需求进行分析, 得出单个节点的引脚功能配置情况和网络节点地址的分配情况。 然后从硬件搭建、底端软件配置和高端配置测试软件定制三个方面, 完成调光控制系统的快速设计与实现。

节点硬件上着重设计利用可控硅进行灯光亮度控制电路,包括可控硅电路和零点采集电路。 底端软件需要具体配置应用框架层参数。 最后通过高端参数配置与网络标识配置,使用主界面通过串口发送指令到路由节点, 然后路由节点通过ZIGBEE方式与终端节点通信,达到调光的目的。

摘要：本文针对传统舞台灯光人工布线、人工巡检、管理粗放、可调整及成本高等方面的不足,提出使用传感网设计的物联网舞台灯光控制解决方案。系统以飞思卡尔8位ZIGBEE—MCl3211芯片为核心进行设计,实现舞台灯光控制的智能化、多样化与自动化,为节能与自动巡查提供了技术平台,是现代舞台灯光智能控制的有效解决方案。

关键词：传感网,舞台,控制系统