廣東工業(yè)大學(xué) 趙宇皞

1 引言

舞臺燈光是運用燈光設(shè)備和技術(shù)手段，通過燈光師的控制，以控制光色和光強等變化來渲染舞臺氣氛、塑造舞臺特效，為演出帶來更好觀賞效果的舞臺美術(shù)造型手段。

利用單片機作為舞臺燈光燈頭的控制芯片，可以實現(xiàn)對燈光的顏色、亮度進行控制。結(jié)合發(fā)光二極管節(jié)能環(huán)保的特點，可以用最小的功耗與成本，實現(xiàn)對舞臺燈光的多功能控制，提供絢麗的舞臺燈光效果。結(jié)合DMX512控制協(xié)議的使用，可以實現(xiàn)多燈同時控制，提供更佳的舞臺燈光效果。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本次設(shè)計的舞臺燈光控制系統(tǒng)的燈頭部分采用STC15F2K60S2芯片作為中央微處理器。STC15系列單片機在MCS51內(nèi)核基礎(chǔ)上增加了大量的新功能，指令處理速度是傳統(tǒng)的51內(nèi)核單片機的8-12倍。除主控模塊以外，本系統(tǒng)使用矩陣鍵盤作為按鍵模塊，用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊，用MAX485芯片加上外部電路組成通信模塊，用ULN2003芯片加上外部電源組成驅(qū)動控制模塊。系統(tǒng)的接線框圖如圖1所示。按照這個系統(tǒng)設(shè)計燈組，只需要并聯(lián)接入DMX512總線中，設(shè)置好燈號就可以實現(xiàn)多燈協(xié)同工作。

圖1 系統(tǒng)接線框圖

3 通信協(xié)議介紹

DMX512通信協(xié)議最先是由美國劇院技術(shù)協(xié)會發(fā)展成為從控制臺用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口控制調(diào)光器的方式。DMX512是圍繞工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EIA-485接口設(shè)計的。

DMX512協(xié)議是一個基于8位的異步串行協(xié)議，它傳輸?shù)囊粠臄?shù)據(jù)由1各起始位0、8個數(shù)據(jù)位和2個結(jié)束位1組成，具體形式如圖2所示。DMX512協(xié)議要求接收端的接收波特率為250kbps。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計

本次設(shè)計的舞臺燈光控制系統(tǒng)的燈頭部分采用STC15F2K60S2單片機作為控制模塊，實現(xiàn)從控制設(shè)備接收信號，然后控制大功率LED燈的功能，系統(tǒng)的主程序流程如圖3所示。

圖2 一幀數(shù)據(jù)示意圖

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

圖4 接收程序運行流程圖

4.1 信號接收程序設(shè)計

由于舞臺燈光不只有一盞燈，每盞燈都有它對應(yīng)的編號，而且每盞燈對應(yīng)不同信道的控制信號，因此每盞燈只需根據(jù)自己的編號選擇性地接收數(shù)據(jù)。當(dāng)燈組監(jiān)測到自身編號對應(yīng)的信號，單片機開始接收數(shù)據(jù)并放入RAM中。單片機的接收程序的流程如圖4所示。

4.2 LED燈控制程序設(shè)計

燈光顏色控制是通過控制每個顏色的燈的亮度來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)對LED燈亮度實時控制，本系統(tǒng)使用一種簡單的方法，讓各色的LED燈可以將亮度等級分為256個等級，其中0是最暗的狀態(tài)，255是最亮的。

本系統(tǒng)設(shè)計了一個不需要使用定時器調(diào)節(jié)脈寬的方法。以紅燈為例，先將紅燈亮度的設(shè)定值記為“R_SET”，然后將紅燈點亮?xí)r間的累加值記為“R_DATA”。在程序中進行判斷，如果R_DATA小于R_SET時，單片機將紅燈點亮，同時R_DATA加1。此外用于記錄運行次數(shù)的寄存器的數(shù)值增加1；反之紅燈關(guān)閉，寄存器繼續(xù)加1。整個過程持續(xù)到寄存器數(shù)值為255時停止。此過程中，紅燈可實現(xiàn)256個級別的亮度調(diào)節(jié)。藍(lán)色與綠色LED等的亮度控制原理與紅燈的相同。

5 結(jié)束語

本次設(shè)計的舞臺燈光控制系統(tǒng)以STC單片機作為主控芯片，設(shè)計了大功率LED驅(qū)動電路，實現(xiàn)了單片機控制9個1W的LED燈，實現(xiàn)了紅綠藍(lán)三色LED燈珠按不同比例混色搭配，構(gòu)造出多種不同色彩的燈光。除此之外，本次設(shè)計的控制系統(tǒng)還支持以DMX512協(xié)議為基礎(chǔ)的多燈組協(xié)同工作，為舞臺燈光提供了更多不同的組合，可以給觀眾帶來更好、更豐富的視覺效果。