胡邦明，李 凱

（北京服裝學(xué)院 自動(dòng)化教研室，北京 100029）

發(fā)光服裝是帶有發(fā)光器件的電子服裝，可應(yīng)用于各類(lèi)演出或娛樂(lè)活動(dòng)。在國(guó)內(nèi)，發(fā)光服裝已經(jīng)應(yīng)用于奧運(yùn)會(huì)和部分大型體育表演演出。目前，人們?cè)O(shè)計(jì)出形形色色的發(fā)光服裝，例如：環(huán)衛(wèi)工人、收費(fèi)站工作人員夜間工作服常帶有發(fā)光器件。事實(shí)上發(fā)光服裝會(huì)給晚上工作的工人生命安全帶來(lái)保障。

在各類(lèi)演出中，音樂(lè)常作為各類(lèi)團(tuán)體操或演出的同步控制信號(hào)，演員按照音樂(lè)的內(nèi)容變更動(dòng)作。目前多數(shù)演出的發(fā)光服裝是由演員人工控制的，對(duì)于同步控制程度高的情況采用人工控制時(shí)常會(huì)導(dǎo)致發(fā)光服裝控制失誤。本文主要研究帶有無(wú)線通信模塊的發(fā)光服裝控制單元設(shè)計(jì)以及與音樂(lè)同步的控制技術(shù)。本文討論的內(nèi)容是來(lái)自大學(xué)生科學(xué)訓(xùn)練項(xiàng)目“電致發(fā)光服裝的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”，并得到學(xué)校的課題資助。

該課題的主要研究具有無(wú)線同步控制功能的發(fā)光服裝，該類(lèi)服裝主要用于演出活動(dòng)。本文將主要討論發(fā)光服控制單元的硬件、軟件設(shè)計(jì)和音樂(lè)播放器同步的發(fā)光服裝的控制方法。

1 音樂(lè)播放與同步控制方案

發(fā)光服裝與音樂(lè)同步播放的實(shí)現(xiàn)方案可以是：（1）樂(lè)曲切換式同步控制；（2）音符即時(shí)同步控制；（3）音頻信號(hào)識(shí)別的同步控制。

樂(lè)曲切換式同步控制通常是指下位機(jī)存儲(chǔ)若干樂(lè)曲；上位機(jī)或遙控單元發(fā)出切換樂(lè)曲的指令，下位機(jī)接收到指令后切換到相應(yīng)的樂(lè)曲，開(kāi)始播放同時(shí)按照樂(lè)譜更新LED的顯示。

音符即時(shí)同步控制是指上位機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊逐條發(fā)送音符的指令，下位機(jī)接收到音符后，即時(shí)按照音符播放音樂(lè)同時(shí)更新LED的顯示。

音頻信號(hào)識(shí)別的同步控制是指在播放音樂(lè)的環(huán)境下，下位機(jī)采集到音頻信號(hào)，在線處理識(shí)別樂(lè)譜，并按照樂(lè)譜更新LED的顯示。

音頻信號(hào)識(shí)別的同步控制需要下位機(jī)具有數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)樂(lè)譜識(shí)別功能。從較為復(fù)雜的音頻信號(hào)提取出樂(lè)譜本身就是還沒(méi)有完全解決的技術(shù)課題。因此本文主要討論前兩種音樂(lè)同步播放與控制方案。

2 控制單元的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了具有無(wú)線通信功能的控制單元。在點(diǎn)控的情況，如圖1所示整個(gè)系統(tǒng)只包括一臺(tái)上位機(jī)控制單元和一個(gè)無(wú)線發(fā)光服裝控制單元。圖1中上位機(jī)控制單元主要包括筆記本電腦、USB轉(zhuǎn)RS232適配器和無(wú)線通信模塊。圖2是發(fā)光服裝無(wú)線控制單元的硬件功能方框圖，主要部件有：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、LED驅(qū)動(dòng)電路和無(wú)線通信模塊。圖2中無(wú)線通信模塊采用桑銳公司生產(chǎn)的無(wú)線模塊，最大通信速率是19 200 b/s，傳輸距離約為300～500 m。采用不同的跳線，可連接RS232接口或單片機(jī)串口。通過(guò)跳線，還可以調(diào)整發(fā)射中心頻率、通信速率、數(shù)據(jù)包的格式等通信參數(shù)。

圖1 發(fā)光服裝的無(wú)線控制的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖2 發(fā)光服裝無(wú)線控制單元的結(jié)構(gòu)方框圖

調(diào)試步驟：先在上位機(jī)連接USB轉(zhuǎn)RS232適配器，因?yàn)楣P記本電腦都不配備RS232串口。用串口調(diào)試軟件發(fā)出數(shù)據(jù)包，用示波器觀察與驗(yàn)證相應(yīng)的適配器輸出端是否有數(shù)據(jù)脈沖。其次分別正確連接發(fā)送和接收端的無(wú)線通信模塊和安裝天線，在下位機(jī)無(wú)線通信模塊的輸出端，用示波器觀測(cè)無(wú)線接收的數(shù)據(jù)包，檢驗(yàn)發(fā)送和接收端的無(wú)線通信模塊是否正常工作。如果一切正常，則可開(kāi)展軟件調(diào)試工作。

控制單元的實(shí)物圖如圖3所示?？紤]到便攜的要求，按照平均演出時(shí)間，選用超薄型的適當(dāng)容量的鋰充電電池組（1 200 mAh×3 節(jié)），續(xù)航時(shí)間大于1 h。因?yàn)檩敵鐾ǖ罃?shù)目較多，同時(shí)又配備不同按鍵，以及無(wú)線模塊，選用較為通用的單片機(jī)芯片STC89C52RC。另外選用了驅(qū)動(dòng)芯片MC1413可有效地驅(qū)動(dòng)發(fā)光服裝裝配的LED燈條。在設(shè)計(jì)與制作中，應(yīng)合理安置各個(gè)部件的連線和選用微型的接插件。

3 控制單元的軟件設(shè)計(jì)

圖3 控制單元的實(shí)物圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了具有無(wú)線控制功能的應(yīng)用軟件。如圖4所示，該軟件主要包括主程序、音樂(lè)播放子程序、LED花型控制子程序、串口中斷子程序。圖5是主程序的流程圖。

圖4 無(wú)線控制軟件的結(jié)構(gòu)方框圖

當(dāng)無(wú)線模塊接收到數(shù)據(jù)后，經(jīng)單片機(jī)串口發(fā)出串口中斷，啟動(dòng)串口中斷子程序，將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。主程序掃描發(fā)現(xiàn)接收的數(shù)據(jù)，經(jīng)解碼，調(diào)用音樂(lè)播放、LED花型控制子程序播放音樂(lè)和更新LED琴鍵的花型。單片機(jī)的音樂(lè)播放問(wèn)題在參考文獻(xiàn)[3]中有詳細(xì)討論，并給出相應(yīng)的源程序。在此基礎(chǔ)上，編制和調(diào)試本控制單元的音樂(lè)播放子程序。

圖5 主程序的流程圖

4 控制單元的測(cè)試與應(yīng)用

發(fā)光服裝的無(wú)線控制單元經(jīng)實(shí)際測(cè)試能夠達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上位機(jī)與下位機(jī)距離在200 m之內(nèi)能有效實(shí)現(xiàn)控制。無(wú)線控制響應(yīng)速度迅捷，可以有效實(shí)現(xiàn)樂(lè)曲切換或樂(lè)譜即時(shí)同步控制播放。上述兩種工作模式可以互相切換。下面簡(jiǎn)述每種工作模式的具體工作過(guò)程。

樂(lè)曲切換：能通過(guò)無(wú)線遙控模塊上A、B、C、D 4個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)選擇播放的曲目，在播放音樂(lè)的同時(shí)，14路LED音符能與音樂(lè)同步。

音符即時(shí)同步控制：上位機(jī)通過(guò)無(wú)線通信模塊每發(fā)送一個(gè)音符，如果接收正常在下位機(jī)的串口會(huì)產(chǎn)生串口中斷，接收到音符后程序自動(dòng)播出相應(yīng)音符，并使對(duì)應(yīng)的14路LED燈條點(diǎn)亮。

本文簡(jiǎn)要綜述發(fā)光服裝的用途。結(jié)合發(fā)光演出服裝的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了發(fā)光服裝的無(wú)線控制單元。在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境KEIL下用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了應(yīng)用程序。實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與控制單元之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、遙控切換曲目以及樂(lè)譜即時(shí)同步控制，即能根據(jù)當(dāng)前收到的音符調(diào)整LED燈條閃亮狀態(tài)與同步播放音樂(lè)。

[1]上海桑銳電子科技有限公司.SRWF-1（V6.1）無(wú)線模塊使用說(shuō)明書(shū)[Z].2013.

[2]雁翎電子.實(shí)驗(yàn)26PC串口控制單片機(jī)流水燈，V1.0[Z].2013.

[3]佚名.單片機(jī)音樂(lè)播放系統(tǒng)[DB/OL].[2013-11-01]http：//www.doc88.com/p-119719571042.html.