發(fā)光服裝無線控制單元的設(shè)計(jì)

胡邦明，李 凱

（北京服裝學(xué)院 自動化教研室，北京 100029）

發(fā)光服裝是帶有發(fā)光器件的電子服裝，可應(yīng)用于各類演出或娛樂活動。在國內(nèi)，發(fā)光服裝已經(jīng)應(yīng)用于奧運(yùn)會和部分大型體育表演演出。目前，人們設(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)光服裝會給晚上工作的工人生命安全帶來保障。

在各類演出中，音樂常作為各類團(tuán)體操或演出的同步控制信號，演員按照音樂的內(nèi)容變更動作。目前多數(shù)演出的發(fā)光服裝是由演員人工控制的，對于同步控制程度高的情況采用人工控制時常會導(dǎo)致發(fā)光服裝控制失誤。本文主要研究帶有無線通信模塊的發(fā)光服裝控制單元設(shè)計(jì)以及與音樂同步的控制技術(shù)。本文討論的內(nèi)容是來自大學(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線同步控制功能的發(fā)光服裝，該類服裝主要用于演出活動。本文將主要討論發(fā)光服控制單元的硬件、軟件設(shè)計(jì)和音樂播放器同步的發(fā)光服裝的控制方法。

1 音樂播放與同步控制方案

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

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

音符即時同步控制是指上位機(jī)通過無線模塊逐條發(fā)送音符的指令，下位機(jī)接收到音符后，即時按照音符播放音樂同時更新LED的顯示。

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

音頻信號識別的同步控制需要下位機(jī)具有數(shù)據(jù)采集和實(shí)時樂譜識別功能。從較為復(fù)雜的音頻信號提取出樂譜本身就是還沒有完全解決的技術(shù)課題。因此本文主要討論前兩種音樂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)了具有無線通信功能的控制單元。在點(diǎn)控的情況，如圖1所示整個系統(tǒng)只包括一臺上位機(jī)控制單元和一個無線發(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適配器和無線通信模塊。圖2是發(fā)光服裝無線控制單元的硬件功能方框圖，主要部件有：單片機(jī)最小系統(tǒng)、LED驅(qū)動電路和無線通信模塊。圖2中無線通信模塊采用桑銳公司生產(chǎn)的無線模塊，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)光服裝的無線控制的系統(tǒng)簡圖

圖2 發(fā)光服裝無線控制單元的結(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)送和接收端的無線通信模塊和安裝天線，在下位機(jī)無線通信模塊的輸出端，用示波器觀測無線接收的數(shù)據(jù)包，檢驗(yàn)發(fā)送和接收端的無線通信模塊是否正常工作。如果一切正常，則可開展軟件調(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)航時間大于1 h。因?yàn)檩敵鐾ǖ罃?shù)目較多，同時又配備不同按鍵，以及無線模塊，選用較為通用的單片機(jī)芯片STC89C52RC。另外選用了驅(qū)動芯片MC1413可有效地驅(qū)動發(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 無線控制軟件的結(jié)構(gòu)方框圖

當(dāng)無線模塊接收到數(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)用音樂播放、LED花型控制子程序播放音樂和更新LED琴鍵的花型。單片機(jī)的音樂播放問題在參考文獻(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播放子程序。

圖5 主程序的流程圖

4 控制單元的測試與應(yīng)用

發(fā)光服裝的無線控制單元經(jīng)實(shí)際測試能夠達(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。無線控制響應(yīng)速度迅捷，可以有效實(shí)現(xiàn)樂曲切換或樂譜即時同步控制播放。上述兩種工作模式可以互相切換。下面簡述每種工作模式的具體工作過程。

樂曲切換：能通過無線遙控模塊上A、B、C、D 4個獨(dú)立按鍵來選擇播放的曲目，在播放音樂的同時，14路LED音符能與音樂同步。

音符即時同步控制：上位機(jī)通過無線通信模塊每發(fā)送一個音符，如果接收正常在下位機(jī)的串口會產(chǎn)生串口中斷，接收到音符后程序自動播出相應(yīng)音符，并使對應(yīng)的14路LED燈條點(diǎn)亮。

本文簡要綜述發(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)光服裝的無線控制單元。在集成開發(fā)環(huán)境KEIL下用C語言開發(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線數(shù)據(jù)傳輸、遙控切換曲目以及樂譜即時同步控制，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。

[1]上海桑銳電子科技有限公司.SRWF-1（V6.1）無線模塊使用說明書[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)音樂播放系統(tǒng)[DB/OL].[2013-11-01]http：//www.doc88.com/p-119719571042.html.