自动灯光控制（精选十篇）
自动灯光控制 篇1
1 教室灯光自动控制整体描述
1.1 灯光控制总体思想
该系统以AT89S52单片机[2,3]作为控制装置的智能部件,采用热释红外人体传感器检测人体的存在,采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件,系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断,完成对教室照明回路的智能控制。整体系统由人体传感器感应信号,再送入单片机进行处理,再由单片机控制控制教室灯光。同时将环境亮度检测、人工控制、报警控制等功能加入到系统中。
1.2 灯光控制方案分析
本电路具有对教室内的人数进行统计和对光照情况进行鉴定的功能,并对灯光进行实时控制,达到方便和节约能源的目的。电路有两种控制方式:自动控制状态和强制执行状态[4,5,6]。
自动控制状态:电路上点复位后自动处于自动控制状态,当环境光照充足时且教室光照强度大于设定值时,不管有没有人,灯都不亮。若教室光照强度小于设定值,控制会根据人数多少来确定灯的开关,如果有人进入教室,红外传感器感应到后把信号经过隔离缓冲送到CPU且数码显示电路显示人数为1,同样再有人进出则显示器上数字自动加减1。
强制执行状态:在电路正常工作的情况下,按下强制开关可以通过人对教室灯进行强行控制,再通过按下此按钮也可以恢复到自动控制状态[6]。
2 硬件电路设计
2.1 控制核心模块
采用STC89C52单片机处理芯片[5],其特点是外围电路简单,价格低廉,虽然此款单片机的工作频率相对较低,但设计对频率要求不高,能够满足设计的要求。另外此款单片机有32个I/O端口,方便了设计需要。因为51单片机的P0口驱动电流小,因此需要外加上拉电阻。单片机最小系统主要还有晶振电路以、复位电路、及报警电路。由于蜂鸣器需要的驱动电流较大,单片机I/O端口不能直接驱动,所以通过一个三极管进行电流放大。当教室里面没有人时系统会通过热释电红外感应无人信息,传递给单片机进行处理后使教室里的灯全部关闭。直到下次有人进来时才点亮。
2.2 教室人数检测模块
热释电红外传感器采集到的信号首先由BISS0001芯片[1]在不可重复触发工作方式下经一、二级运算放大器、双向鉴幅器、延时器等处理后变成比较标准的高低电平后,将此标准信号接到单片机上的P2口上,并对相应引脚通过软件方法对引脚信号进行检测来统计进入教室的学生人数。另外也可以将它接到中断引脚采用外部中断的方法将采集到得信号转化成统计的进入到教室里的人数。系统采用普通引脚信号检测的方法用两个热释电红外传感器:一个放在前门用于感应进来教室的人体信号;另一个放在后门用来感应从教室出去的人体信号,实现对进出教室的人数的检测。
2.3 教室光照强度检测模块
此部分由一个滑动变阻器、A/D转换芯片(ADC0808)[12]构成,由滑动变阻器来模拟光线的强弱控制,通过A/D转换后将模拟量转化为单片机可以处理的数字量并且信号通过P1口来传递给AT89C52单片机进行处理。
2.4 灯控模拟模块
本控制系统用4个按钮分别来表示进出门情况、强制开关、模式开关。强制控制与自动控制模式的转换按钮功能如下:先按下MODE再对FORCE键进行控制,当按下MODE后第一次按下FORCE时灯控区有一半的灯亮;第二次按下FORCE时灯控区灯全亮;第三次按下FORCE时灯控区的灯全部熄灭;当你再次按下MODE键时FORCCE键就失效了,只有再次按下MODE它才可以控制。
3 系统程序设计
系统软件设计主要完成采集红外传感器的信号和根据当前设置状态自动对教室内灯光系统进行控制。主要包括处理、键盘扫描、数据处理、结果显示。
4 结束语
通过对目前教室灯光控制的发展趋势和控制管理需求的分析,介绍了基于STC89C52单片机的灯光智能控制系统的软硬件组成,对传统的灯光控制系统进行了智能优化改进。其主要特点是电路结构简单、工作稳定可靠且成本相对比低。
参考文献
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[5]潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术[M].北京:电子工业出版社,2002.
酒店区域灯光节能控制整改方案 篇2
关于酒店区域灯光控制整改方案, 部分灯光照明合理分开多路节能控制,有利于酒店运行成本节能降耗控制, 区域整改方案如下：
1、负一层休息厅区域天花照明ED射灯有一路连同走火楼梯前室照明控制, 建议整改独立开关控制。
2.一层大堂、大堂吧天花照明有多路灯饰光源, 部分不同灯饰光源没有分开控制, 建议整改不同灯饰分开控制。关于商场、商务中心空间比较高只安装两三个3WED射灯光源太暗, 建议合理更换加装9WED射灯光源。
3、二、三2TV走廊吊灯光源功率大耗能大, 己分别安装调光器节能降耗, 包房吊灯光源每个灯炮40W功率太大, 建议更换25W灯炮。
4、五、六层歺饮会议走廊照明灯建议整改分开间隔灯光多路控制, 房间排气扇连接照明灯控制, 建议整改独立节能控制。
现代灯光控制系统新理念 篇3
使用价值与应用远景
作为灯光系统的指挥中心，灯光控制系统的可靠与否直接影响到应用场合的灯光效果。要确保灯光控制万无一失，除了选用技术成熟、性能稳定可靠的调光产品之外，科学合理地设计备份控制系统也至为关键。
近几年来，各大专业灯光生产厂商为了解决备份控制问题，先后设计实施了若干方案。其中最先进的模式是，将两个功能相同的调光台放在同一控制室内同时工作，信号输出大者优先。当主控台失效时，再通过副控台进行控制。由于主、备控制台之间的联接没有相互学习功能，通常在演出前要将灯控程序编入主、备份台中，这样既浪费资源，又达不到最佳的跟踪备份效果。 电视领域数字化、网络化、智能化的浪潮，推动了专业灯光技术的迅猛发展。
斯全德灯光以国际领先的技术， 开发出Server及ShowNet Configuration软件、ShowNet网络系统。该系统采用网络化数字调光技术，将主控台Strand 550i(或530i、520i、300系列调光台等)、备份台Strand 510i(或530i、520i、310i等)通过网络分配器和网络节点，与调光硅柜连接成一个数字灯光控制网络。ShowNet网络数字调光系统在技术上保障了灯光控制DMX信号输出的可靠性与连贯性。其特点体现在：
(1)运用网络技术，可实现远程控制和技术支持，并可使灯光设计人员的桌面设计电脑实现联网。
(2)网络中各控制台之间互相学习、互为备份。备份台以网络的架构与主控台相连，并利用全跟踪备份模式对主控台进行学习，即两台调光台并行处理，任一台上按键，另一台即学习。当主、备控台中任何一台失效时，另一台就会自动转入跟进输出。
(3)通过网络通信接口和调光立柜Reporter PC软件，操作人员可以在灯光控制室通过PC机或控制台显示屏来随时了解灯光系统瞬间信息及工作状态，从而对各回路灯光进行监控。
(4)通过网络节点可以设置PC机、设计者方位(Designer Position)、遥控器、演示控制器(Show Controler)等，从而实现分点控制、多点控制、手提遥控或无人控制。
(5)网络系统稳定、编程合理，在硬件结构不改变的情况下，可以利用软件实现系统升级。ShowNet系统采用TCP/IP协议，可与其它采用TCP/IP的系统共用管线以降低成本，兼容性较好。
网络配置与技术要求
1. 系统布线
对于ShowNet系统的硬件架构，其线材的选用可跟据系统的大小及节点间的距离来决定。
10 Base-T的接法如星状，中心部分以集线器(Hub)连接。其接口RJ45类似于电话设备接头，线材为双绞线的5类网线(100Mb/s)。这种接法的优点是：简易明了、材料经济、保险系数高，万一其中某节段断路，其它跟网络分配器连接的节点还能继续工作。在大型舞台、大中型演播厅多使用此接法。
10 Base-FL(光学纤维)则为大型网络系统所用。一般设计为每个分系统间的连接，如大型户外演出、大型主题公园各个主题区间的连接。
2. 系统硬件
ShowNet系统由调光台、网络节点、PC机和集线器组成。调光台为整个系统的中心，也是操作界面。可使用Strand 500、Strand 300系列等采用PⅢ处理器的电脑调光台，可定义为主控台、备份台及遥控台三种模式。主控台为整个网络之核心，可具备18000个光路及32个DMX-512段，以控制整个系统。备份台通过网络与主控台连接，并利用全跟踪备份(Full Tracking Backup)模式对主控台进行学习。遥控台为主控台的分控台，在大型演出中往往要求分工处理，如主机控制传统灯，分控台控制电脑灯等。
网络点可分为：SN100、SN102、SN103及SN104。SN100及SN102除能提供DMX输入/输出外，还能提供如彩显、MIDI、AUX、Reporter、遥控及软驱等信号。一条细小的5类网线就能包容如此多的信号，这是传统DMX线所无法做到的。SN103及SN104也只有DMX输入/输出，其中SN103为AC供电、SN104为24～48V直流供电。
在整个网络中，PC机的角色非常重要。PC机上可加载Genius Pro、ShowNet Pro、Reporter及Server等软件。
3. 系统软件
斯全德灯光公司开发了可在灯光网络数字调光系统中应用的软件，包括：Genius Pro、Tracker、Communique、Networker、Reporter、Server和ShowNet Configuration等。不同的软件在网络中的功能各异。
(1)Genius Pro为整个系统或单机的操作系统。该软件具有处理6000光路、8192硅路、2000场、1000组、2000宏、600×99效果步、30效果演出、3000时间码(SMPTE)等功能。除了在调光台中应用外，还可装进PC机作为脱机编辑或PC机备份。
(2)Tracker用于电脑灯控制，广义上说，是为控制所有接收DMX信号而启动的器材。
(3)Communique为调光台对外界信号连接的界面，如模拟输入触发、SMPTE、MIDI及宏触发等。
(4)Networker为单机与网络之间沟通的桥梁，目前以10Mb/s稳定运行，将来运行速度可高至100Mb/s。
(5)Server为所有控制台内编程的集中地，控制台可通过它实现资源共享。
(6)网络工作站为PC平台，并安装了ShowNet Configuration软件，该软件担负全系统DMX地址码分配工作，其功能强大，可把一段512回路里的任何回路跟其它段的任何回路合并成一新段。ShowNet的最新版本ShowNet Pro更把原来的处理能力从16段提高到32段，即32×512=16384个DMX地址码，这32段隐藏于Netslot的网络配接带上，每一路可以自由搭配或定义成输入/输出，体现在任何一个SN网络节点中的任何一个接口上。设定完成后，可切换至PC Reporter报告软件，从而可获得CD80SV调光立柜中的所有信息，使灯光师对立柜工作状况及至大电网情况了如指掌。
成功案例简介
(1)美国迪士尼乐园
选用两台Strand 550i电脑台为主、备机，通过软件升级，可控制3000个光路通道、1000个换色器和电脑灯属性。
(2)美国佛罗里达环球影城
选用两台Strand 550i 电脑台为主、备机。将8台Strand CD80SV调光立柜设计为PARKNET结构。园区以地图形式输入PARKNET工作站，利用工作站寻找地图及编写日程表的方式监控、设定演出及临时停止重放所有CD80处理器中所有的演出信息。实现每天三班、每班两人去控制全园区100公顷内所有的环境照明及演出灯光。
(3)中央电视台(CCTV)
在CCTV 1000、800和600m2演播厅，以Strand 550i为主机，Strand 530i或520i为备份机，外加遥控器、SN103网络节点和网络分配器，组成网络化数字调光系统，通过Strand CD80SV调光立柜或其它数字硅箱实现灯光控制。
(4)上海东方电视台
该台1200和400m2演播厅选用Strand 550i、Strand 530i电脑调光台各一台，通过网络控制7台Strand CD80SV与3台Strand CD80SV调光立柜。
(5)河北艺术中心
以Strand 550i电脑台为主机，Strand 520i为备份机，采用数字调光网络系统，主控台与副控台双机热备份，控制1000个调光回路。
(6)北京人民大会堂
选用两台Strand 550i电脑调光台，分别用做舞台演出与会议照明主机；另一台Strand 550i为公用备份机，采用数字化网络系统，总控1300个调光回路。
(7)昆明石林园景区
以两台Strand 550i为主、备机，通过网络节点、网络分配器和Strand CD80SV，实现各景区灯光智能化控制。
(8)悉尼2000年奥运会开幕式
选用两台2000光路Strand 550i电脑调光台为主、备机，利用ShowNet Pro分出全系统5个网站，5600个DMX 地址，在11万人体育场中总控300只High-End 电脑灯、136只Studio摇头灯、132只Studio变色灯、64只Strand 4kW镝灯、1000只PAR灯和其它硅负载，为气势磅礴的奥运会开幕式营造出如梦如幻的灯光意境。
结束语
亮度自动调节的室内灯光电路的设计 篇4
光控室内灯电路主要是利用半导体光电器件(光敏电阻)的特性制作而成的[1]。它利用光线的强弱来控制灯泡开关的动作,动作点可根据实际光线的强弱调节。运行时自动化,避免了人工操作开关的麻烦,能有效地节约电能。
1 电源电路的基本结构
电源电路的设计[2]如图1所示。
原理说明:接通电源,220V交流电经降压、整流、滤波、稳压后,为控制电路提供稳定的+15V直流电压。
材料选择及运用如表1所示。
2 光控电路的基本结构
控制电路设计[3]如图2所示。
2.1 控制电路原理
调节RP1、RP2都可调节灯在合适的光线下点亮和关闭,灵活性好,自动控制性能强。核心元件RX为光敏电阻器,在外界照明度强时光敏电阻呈低电阻,+15V通过RX、RP1分压,使UI较大,UI>UT1,A1输出低电平,VT截止,继电器线圈K不得电,相应的触点不动作,灯L不亮;当外界照明昏暗时,RX的阻值开始变大,UI下降,UI
A1、R5、R3、R4、DZ构成滞回电压比较器,+15V通过R2、RP2分压,为A1的同相输入端提供一个参考电压UREF,UREF=15/(R3+R4)×RP2,则U1同相输入端的电位为UP=R4/(R3+R4)×UREF±R3/(R3+R4)×UZ。因为UN=UP,求出的UI就是滞回电压比较器的阀值电压,分别为:UT1=R4/(R3+R4)×UREF-R4/(R3+R4)×UZ,UT2=R4/(R3+R4)×UREF+R4/(R3+R4)×UZ。电路中用滞回电压比较器提高抗干扰能力,还接了R1、C3,用以吸收雷电等瞬间光线。VD起续流保护作用。
2.2 材料选择及运用
此电路的关键元器件RX选用MG45-31塑封树脂封装光敏电阻器。光敏元件为NPT,受光线影响当照射光线强时呈低电阻,受光线照射弱时呈高电阻。VT选用8050型硅中功率晶体管,要求电流放大系数β≥100,在该电路中起控制作用。VD用1N4148型硅开关二极管,利用二极管单向导电性保护K的作用。K可用工作电压12V的JZC-22F小型中功率电磁继电器,其触点容量有5A与7A两种,可根据被控灯的功率来选择。RP1、RP2为WSW型有机实心微调电位器,用来调节电阻和调试电路的作用。如果要驱动多数量的灯,可用继电器K的辅助触点去控制,不够时也可采用触点扩展。
3 主电路的设计
控制电路主电路的设计如图3所示(其插座可与电源电路共用一个)。
灯泡L可按照安装环境及工程需要来选择,要求降低能量损耗、注重环境保护。本设计选择节能型荧光灯,而在功率的选择上要根据它所运用的场合,选择合适型号。
4 电路特点
(1)调光自动,无须每天手工操作。
(2)能耗低,在光亮环境下几乎不通电,白天整个电路理论消耗的最大功率为0.75W,实际消耗的功率在0.5W以下。
(3)抗干扰能力强(采用滞回电压比较器),对短暂的干扰不会有反应,如黑夜里的闪电。
(4)极小的体积,使用寿命长。
(5)设计了稳压电路,适合于室内照明电路。
5 结语
对光敏电阻和控制继电器的特性作了介绍,还深入研究了光控照明电路的设计原理,说明了该电路的特点和优点。如果还要有定时功能,可在设计光控灯的基础上,再加上用单片机来控制VT的导通和延时,当环境变暗时,光敏电阻阻值上升,触发单片机工作,使得VT导通,导通之后可以使电路连续工作1～12h或可以自己设定时间,也可以设置一段时间为关机状态。
摘要：介绍光控电路的设计(包括电源电路、控制电路、主电路),并介绍其工作原理、参数及特点。
关键词：室内灯光控制,电源电路,控制电路,主电路%
参考文献
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自动灯光控制 篇5
关键词：室内展厅；LED；节约电能
中图分类号：TM923.34文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 06-0000-02
系统的优点是启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内；只要有人在一个区域内参观时，LED灯光由昏暗状态慢慢亮起直至长亮，配合LED亮条灯，让参观的人体验一种神秘又画龙点睛的效果。本人自己设计了从该方案、电路图纸、制作、调试全过程。本设计详细介绍了系统的控制原理及硬件电路。
1九区域LED灯光控制系统的理论分析
1.1LED调光原理
要改变LED的亮度，是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱动电流，因为LED的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。
1.2九区域LED灯控制原理
如上所述，只要调节LED灯的正向电流，就能改变LED的发光强度，2.1.1节内是针对一对一的LED调光原理来阐述。而现实问题是展厅内，有9个回路的LED灯，每个回路的LED灯都是并联在一起，每个回路功率大约为1200W左右，当然第九区回路只有几百W而已。当时因为工程紧急，朋友来找我时，一时找不到大功率调节LED的设备，我就想还是用工业可控硅方法来控制比较好，虽然贵些。
而我是用淘宝买的全隔离单相调压器对每一路LED进行调压。虽然不能做到精确调压，但是灯光的暗亮还是能够调节的。
交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角，相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况分别进行讨论。
（1）控制角触发
在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在的正半周角时，触发导通，输出电压等于电源电压，电流波形从0开始上升。由于是感性负载，电流滞后于电压，当电压达到过零点时电流不为0，之后继续下降，输出电压出现负值，直到电流下降到0时，自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角。由后面的分析可知，在工况下，因此在脉冲到来之前已关断，正负电流不连续。在电源的负半周导通，工作原理与正半周相同，在断续期间，晶闸管两端电压波形。
（2）工况
在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于，公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受反压不能导通，继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。
综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。
2九区域LED灯控制方案的确定
2.1控制方案的比较和确定
九区域LED灯控制系统主要由PLC、模拟量输出单元、单相调压模块、红外线人体探测器及低压电器组成。系统主要任务是利用PLC控制单元使每一路单相调压模块控制相对应的每一路LED灯，实现红外线人体感应器感应到有人后LED灯的慢慢发光直至长亮。根据系统的设计任务要求，有以下几种方案可供选择：
（1）有供水基板的调光器+LED灯+红外人体传感器
这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在调光基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。而且暂时还找不到大功率的调光器。
（2）单相调压器+单片机（包括调光控制）+红外人体传感器
这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性价比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差。
（3）单相调压器+PLC（包括调压控制）+红外人体传感器
由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出第三种控制方案更适合于本系统。
2.2九区LED灯调光系统控制流程
九区LED灯调光系统控制流程如下：
（l）系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，PLC输出继电器吸合命令，单相调压模块随即工作，拖动每一回路LED灯组20%的亮度工作即PLC的模拟量输出为0.98V左右（单相调压器的触发端输入给定电压选用0~5V）；
（2）当红外线人体感应器测得的用户在该区域活动时的信号，传输到PLC内，PLC根据程序利用浮点加法运算，以1毫秒为一个周期，每个周期+0.5个浮点实数，运算的公式如下：
3200+0.5*一定时间的扫描周期=16000
时间的运算方法可以理解成：（16000-3200）÷0.5=25600ms=25.6s即25.6秒。PLC浮点运算出来的实数去转换为整数，再将整数转换为模拟量映像输出。
大约在25.6秒内模拟量输出为由0.98V逐渐升至4.98V，此时LED灯组由20%的亮度逐渐升至100%的亮度。当人走到第二个区域时，同样二区的LED灯由20%逐渐升至100%，后面3至9区域的LED灯组工作原理同一区。
（3）当九个区域都参观好后，控制人员只要按一下系统停止按钮，PLC模拟量输出端电压由4.98V慢慢降至0.98V，整个展厅的灯也由100%的亮度降至20%的亮度。当无人参观时，手动关闭系统及电源。
2.3PLC程序及工作原理
（因程序页数比较多，本人只讲解第一区部分）：
网络1：
系统通电接触器吸合
PLC开机，第一个扫描周期内9回路映像输出吸合、中间继电器吸合、接触器也吸合、单相调压模块处于通电工作状态。
网络2：
20%节能给定
20%的给定，我选用单相调压模块输入端给定0~5vdc的输入。故MOV_W指令内给双字节存储器VW100一个+3200的值（该值对应输出约为+0.98V）。
通过这次设计结合我以前做过的这个小工程，我发现学以致用相结合是非常重要的。将九区域LED灯光的要求，进行单相调压模块的使用对于我来说是一个很大的挑战。虽然国内的舞台灯光调光技术已经非常成熟，但对于LED调光这块领域几乎是一个空白。
[作者简介]王俊峰（1971.8.5-），男，汉族，黑龙江绥化人，上海蓝星聚甲醛设备部经理，研究生，研究方向：自动控制。
自动灯光控制 篇6
1 技术要求
根据有关资料显示,灯光光谱采用红、绿、蓝三色灯光分别分时刺激眼睛及眼睛周围穴位,一般要求是:红灯采用弱(亮1 s)、中(亮1 s)、强(亮1 s)、停止3 s,循环3 min;红(亮1 s,灭1 s)、红(亮1 s,灭1 s)、蓝(亮1 s,灭1 s)循环1.5 min;红(亮0.3 s)、绿(亮0.3 s)、蓝(亮0.3 s)循环1.5 min。
2 控制器ASM流程图
根据上面技术要求可以画出控制器ASM流程图如图1所示。系统在T0(0000)状态,接到MF命令,S1=1,控制信号CLR=1,时钟信号清零,开始记时,进入T1。
循环一:T1(0001)状态,红灯弱亮;当时间t=1 s时,状态信号S2=1,控制信号CLR1=1,1 s清零,进入T2(0010)状态,红灯中亮;当时间t=1 s时,进入T3(0011)状态,红灯强亮;当时间t=1 s时,进入T4(0100)状态,红灯灭;当时间t=3 s时,状态信号S3=1,控制信号CLR2=1,3 s清零;这时如果时间t<3 min,进入T1(0001)状态循环;如果t≥3 min,状态信号S4=1,进入T5状态,控制信号CLR=1,时钟信号清零。
循环二:T5(0101)状态,红灯强亮;当时间t=1 s时,状态信号S2=1,控制信号CLR1=1,1 s清零,进入T6(0110)状态,红灯灭;当时间t=1 s时,进入T7(0111)状态,红灯强亮;当时间t=1 s时,进入T8(1000)状态,红灯灭;当时间t=1 s时,进入T9(1001)状态,蓝灯强亮;当时间t=1 s时,进入T10(1010)状态,蓝灯灭1 s;这时如果时间t<1.5 min,进入T5状态循环;如果t≥1.5 min,状态信号S5=1,进入T11状态,控制信号CLR=1,时钟信号清零。
循环三:T11(1011)状态,红灯亮,当时间t=0.3 s时,状态信号S6=1,控制信号CLR3=1,0.3 s清零,进入T12(1100)状态,绿灯亮;当时间t=0.3 s时,进入T13(1101)状态,蓝灯亮0.3 s;这时如果时间t<1.5 min,进入T11状态循环;如果t≥1.5 min,状态信号S5=1,进入T0状态。
控制器的设计可以使用ASM法,根据ASM图画出状态转换表,写出驱动方程和输出方程,然后采用触发器数据选择器和译码器进行设计还可以采用MDS法,因为状态较多,输入变量较多,采用MDS法较为简便。
3 控制器MDS状态图
根据ASM图画出MDS状态图,如图2所示。
4 硬件实施
4.1 元器件选取
根据MDS图,选用四位二进制计数器74161为基本元件,74161的逻辑图如图3所示,功能表如图4所示。
74161有3种操作:计数、保持和预置,为了电路的组合部分尽量简单,优先考虑计数和保持功能,根据MDS图和74161功能表可画出74161操作表如图5所示。
4.2 求功能控制端和置数端的激励函数
74161功能控制端有:Cr,LD,P,T;置数端有:D,C,B,A。为得到各路的激励函数,分别画出各路激励函数卡诺图如图6所示。
Cr为清零端,因为没有清零操作,所以卡诺图各个格中Cr=1。T和P是计数和保持功能控制端,当P=1,T=1时计数,P和T有一个为零时保持,所以卡诺图各个格中T=1,P在卡诺图各个格中填入对应的条件;如P在T0状态,当S1=1时计数,所以在T0格中填入S1,其他格中分别填入对应的条件。LD是计数、置数功能控制端,LD为零时置数,为1时计数;只有在T4,T10,T13状态时置数,其他状态都是计数,为了简化电路,卡诺图中用LD表示,所以其它表格中都填0,在T4,T10,T13格中分别填入对应的条件。
置数端:在T4时,当S3=1,S4=0时转入T1,置数为(0001),所以在D,C,B,A格中分别填入0,0,0,1;在T10时,当S2=1,S5=0时转入T5,置数为(0101);在T13时,当S6=1,S5=1时,转入T0(0000),当S6=1,S5=0时,转入T11,(1011),所以在D,B,A格中分别填入,在C格中填入。根据卡诺图可以写出各激励函数:
输出函数:
为了简化电路CLR在S4=3 min时和S5=1.5 min时清零和CLR1在S2=1 s时清零电路在时钟电路中画出。
5 控制器逻辑图
根据MDS图,激励函数和输出函数,可以画出控制器逻辑图见图7;控制器仿真波形图见图8。
参考文献
[1]宋庚寅.电子技术实验与设计制作[Z].许昌学院,2002.
[2]中国矿业大学电工电路教学实验中心.EDA可编程逻辑器件及其开发系统设计教程[Z].中国矿业大学,2003.
[3]胡鑫尧.红外光谱分析方法近几年的应用进展及我国分子光谱发展简况和回顾[J].光谱学与光谱分析,2004,11(11):9-11.
[4]秦西云,李军会,杨宇虹,等.国产光栅近红外光谱仪扫描条件对检测结果的影响[J].光谱学与光谱分析,2007,27(2):411-414.
[5]谢丽娟,应义斌,于海燕,等.光谱灯光分析技术在电子产品无损检测中的应用研究进展[J].光谱学与光谱分析,2007,27(6):1 131-1 135.
[6]张睿,赵艳华,刘志刚.精通Protel DXP 2004电路设计[M].北京:电子工业出版社,2006.
剧场灯光照明控制电路 篇7
考虑人眼适应光线的要求, 本产品利用软启动 (自动升压) 来控制剧场灯光的亮度。其主要功能器件为单片机AT89C51和晶闸管。
2 技术要求与内容
1) 两位数字显示;
2) 延时35μs~1ms;
3) 能控制最大100W灯泡。
3 本产品的特点
1) 采用软启动可以延长灯具的使用寿命;
2) 渐明、渐暗控制消除了人眼对亮暗突变的不适应感;
3) 抗干扰能力强;
4) 显示电路采用共阳极数码管, 单片机的段输出可以不加以驱动电路;
5) 外围电路简单, 实用价值高, 操作安全方便;
6) 性能价格比好。
4 采用的技术方案
简要工作原理:首先电源供电为220V。输入键为两个触点开关, 控制灯光的渐亮与渐暗。按开灯键, 51单片机执行开灯动作程序。过零检测, 检测到过零电压告诉单片机, 产生一个触发脉冲控制晶闸管, 从晶闸管开始承受正向电压, 到触发脉冲出现之前的电角度称为控制角, 晶闸管在一周期内导通的电角度成为导通角, 在控制角增大的同时, 晶闸管导通角逐渐减小, 灯光逐渐暗;当按关灯键时, 51单片机执行关灯动作程序。过零检测, 检测到过零电压告诉单片机, 产生一个触发脉冲控制晶闸管, 在控制角减小的同时, 晶闸管导通角逐渐增大, 灯光渐亮。显示电路显示延时时间。
这个方案的优点为:产品外围电路简单, 采用软启动可以延长灯具的使用寿命, 渐明、渐暗控制, 对人眼无刺激, 抗干扰能力强, 操作安全方便, 成本低。
5 电路及其工作原理
5.1. 部分电路及其工作原理
5.1.1 负载部分 (主电路部分) 工作原理
~220V经整流桥整流后, 交流电变成有极性的直流电。为了使操作更加安全, 在晶闸管之后加一个光电耦合器件进行隔离, 这样即抗干扰, 又可以保护单片机。 (其中灯泡, 整流桥, 晶闸管均为高压) 。电路接在单片机的P3.4口。
5.1.2 同步电压形成部分工作原理
如果触发电路和主电路不同步即每个周期的起点不一致, 二者各按自己的规律变化规则, 则输出电压无规则。为此在整流桥之前加一个带中心轴头的双9V变压器, 这样经全波整流后, 经三端稳压器稳压, 再经稳压管削波, 这样在过零点时, 保证了主电路也从零开始承受正向电压使每周产生的第一个触发脉冲的时间都一样, 使触发电路与主电路取得了同步。
5.1.3 显示部分工作原理
电路显示部分为两位数字显示。P0口和P2口分别接两个LED数码管。LED数码管, 每笔画工作电流ILED约在5mA~10mA之间, 若电流过大会损坏数码管, 因此, 必须加限流电阻, 其阻值可按下式计算:
其中, U0为家在LED两端电压, ULED为LED数码管每笔画压降 (约2伏左右) 。由于电路使用的是共阳极数码管, 单片机的段输出可以不加驱动电路, 从而简化了电路, 降低了成本。
5.1.4 延时时间控制部分工作原理
电路接在P1口, 是一个八位预置开关, 可以调整延时时间。
5.2. 整机电路工作原理
U2 (渐亮按钮) , U3 (渐暗按钮) 为两个触点开关, 分别接在P3.2口与P3.5口, 控制灯光的渐明、渐暗。按U2, 单片机执行开灯动作程序, 同时检查P3.3口是否有过零电压, 即过零检测, 若有电压过零 (延时时间为软件程序确定) , 晶闸管主电路与过零电压同步, 晶闸管承受正向脉冲电压, 产生触发脉冲, 晶闸管触发导通, 软启动开始, 随着晶闸管导通角的逐渐增大, 灯逐级亮, 直到达到一个最亮的稳态;按U3, 单片机执行关灯动作程序, 同时检查P3.3口是否有过零电压, 即若有电压过零, 晶闸管主电路与过零电压同步, 晶闸管承受正向脉冲电压, 产生触发脉冲, 晶闸管被触发导通, 随着晶闸管导通角的逐渐减小, 灯逐级灭, 直到达到一个最暗的稳态。显示电路显示延时时间 (延时时间为软件程序确定) , 时间长短可由预置开关调整。
5.3 程序设计
开始置初值设置循环开始的状态。对P3.4口清零, 再初始化。判断P3.2口是否为零, 若不为零 (无键按下) 则返回到原地, 若为零 (有键按下) 程序继续执行, 继续判断P3.3口是否为零, 即过零检测, 不是零则返回到原地, 是零则延时N (N为0~255的整数, 视为延时变亮, 可由八位预置开关调整 (显示为N) , 触发晶闸管后延时变量自动减一, M-1不等于零则返回到P3.3口, 等于零则继续执行N-1程序, N不等于零返回到P3.3口, N等于零, 晶闸管完全导通灯常亮;判断P3.5口是否为零, 若不为零 (无键按下) 返回到原地, 若为零 (有键按下) 程序继续执行。判断P3.3口是否为零, 即过零检测, 不是零返回到原地, 是零则延时N个35μs, 触发晶闸管, 灯光渐暗, M为延时变亮, 可由八位预置开关调整, 触发晶闸管后延时变亮自动减一, M-1不等于零则返回到P3.3口, 等于零继续执行N+1程序, N不是最大则返回到P3.3口, N是最大, 晶闸管完全关断, 灯长灭。
摘要：本文所述的是以ATMEL公司生产的单片机AT89C51为核心, 配以相应的外部电路构成的剧场灯光照明控制电路, 该控制电路主要应用目前很有发展潜力的半导体元器件晶闸管, 对剧场灯光的亮度进行控制。当人们进入剧场后话剧开演时灯光渐暗;当电影或话剧快要结束时, 灯光渐亮。和模拟电路相比, 用单片机控制, 系统有抗干扰的功能。
关键词：单片机,晶闸管,同步,软启动
参考文献
[1]郑中杰.晶闸管变流技术.机械工业出版社, 1998.
[2]何立民.MCS-51系列单片机及应用系统设计.北京航空航天大学出版社, 1995.
舞台灯光控制技术发展研究 篇8
一、舞台灯光控制的作用
为了使舞台表演更加绚烂夺目,烘托表演的氛围,在舞台上设置着各种各样的灯光,并配合舞台表演过程来达到渲染舞台氛围的效果。但舞台上的灯光比较多,如果控制技术不成熟,就有可能出错。随着现代科学技术的发展,对于舞台灯光的控制有了新的控制系统,提高了舞台灯光的控制质量和效果。在表演者表演的过程中,舞台上的灯光跟随表演者不同的动作展现出不同的灯光,实现了声音、灯光与表演者三者之间的高度融合,从而带给观众强烈的视觉震撼,增强了舞台表演的艺术感染力。
二、常见的舞台控制技术
(一)原始控制技术。原始控制技术为人工操作的舞台灯光控制技术,就是在舞台周围设置各种手动的人工控制的开关,舞台上的每一处灯光都需要人工进行操作。这种控制技术操作起来比较复杂,且操作人员的任务量大,操作时还要记住灯光的顺序,在舞台的周围需要铺设大量的电线,不但不利于舞台的整体的美观,还可能引发安全问题。因此, 原始控制的方式不但不能调节灯光的亮度,还没有灯光艺术。
(二)模拟灯光控制技术。随着舞台灯光控制技术的不断革新,出现了自动化和半导体技术,舞台灯光控制系统中逐渐应用到可控硅技术,实现了对灯光的自动化调节和模拟灯光控制。在舞台灯光控制的过程中,利用模拟电子信号调光台,控制可控硅导通角,实现了对灯光亮度的控制。该技术被广泛地应用于中小型的舞台表演中。模拟调光的方式主要分为推杆、调光回路和信号线等,并且需要一一地对应。 如果该舞台中需要100个灯光,那么就要设计100个调光回路和100个推杆,100个信号线,因此,这种灯光控制技术不适合在大型的舞台表演中应用。
(三)数字灯光控制方式。模拟灯光控制虽然在技术上有一定的革新,但要求繁琐,且使用舞台具有一定的局限性。 数字灯光控制是最新产生的一种新型技术,采用DMX512, 不但具有可控硅对灯光亮度的调节,其操作系统只是一台简单的计算机,信号的传播也只需要一根信息线。在信号的传输过程中采用的是信号的串行,推杆和调光器可以采用一对多的方式,这样就解决了大型舞台表演当中灯光的数量问题。数字灯光控制技术的发展减少了传统的回路多等复杂的程序,实现了对舞台灯光的全自动化操作,且操作起来程序简单,具有较高的精准度。
三、舞台灯光控制技术的发展
随着技术的不断革新和进步,舞台灯光的控制技术实现了从人工控制到自动化的发展过程,并逐渐向着网络化和自动化的综合方向发展。目前在舞台上使用的灯光等一切设备都实现了自动化的发展方向,并为舞台灯光向网络化的发展奠定了坚实的基础。网络化的灯光控制可以实现对舞台灯光的联网控制,用户只需在计算机上进行远程化的操作就可以实现对舞台上灯光效果的控制。另外还可以在舞台上建立起无线局域网络,利用无线局域网络实现灯光控制系统之间的连接。提高舞台灯光控制的自动化操作,且数据的传输比较稳定高效,有效地降低了人工操作的麻烦,还降低了成本费用。这种灯光控制系统可以跟随舞台设计方案的变化而改变,用户不需要进行重新的布线,只需要改变灯光的位置就可以,有效地降低了设计的成本,实现了简单化的操作。
现阶段在舞台灯光的控制中常用的是TCP/IP平台,可以实现对舞台、演播室等的灯光控制,但这种技术运用的比较少,且成本比较高。随着技术的不断发展,TCP/IP平台终将代替传统的舞台灯光控制系统,走向高效化的发展道路。
四、结语
舞台上要想实现理想的表演效果,需要灯光和声音的高度配合,尤其灯光的控制对舞台的表演效果起着至关重要的作用。好的灯光控制系统不但可以缩短工作时间,提高工作效率,还能提高舞台灯光的控制质量。随着现代技术的不断革新和发展,数字控制技术在舞台灯光的控制中得到广泛的应用,很大程度地提高了灯光控制的效率和质量,为舞台灯光控制技术的发展带来了新的机遇。
摘要：舞台表演最重要的外界因素是灯光和声音,其控制的好坏决定着舞台表演的成功与否。舞台灯光的控制可以有效增强舞台的效果,对舞台氛围具有烘托的作用。随着科学技术的不断发展,传统的舞台灯光控制系统已经不能满足现代舞台表演的需要,因此对舞台灯光的控制提出了更高的要求。通过对舞台灯光控制系统中的技术进行阐述,为未来舞台灯光控制系统的发展指明了方向。
关键词：舞台灯光,控制技术,发展
参考文献
[1]蒋伟,杨心怡,王会芹,杨丽菲.基于ATmega16的LED舞台调光控制系统的研究与实现[J].中国传媒大学学报(自然科学版),2012,(01):11-14.
[2]刘贤莉.现代舞台灯光集控技术及其发展研究[J].科技创新导报,2014,(15):201.
论舞台灯光的PLC控制 篇9
关键词：舞台灯光,PLC控制
截至目前, PLC仍是工业自动化的主战场, 为多种多样的自动化控制设备提供可靠的控制, 主要原因是它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案, 适合当前工业、企业对自动化生产的需求。随着技术的发展和PLC的普及, PLC在舞台的现场布置中也起着非常重要的作用, 效果也是别样多彩。由于剧场或者音乐会等场合的干扰性信号很强, 所以选择了用PLC来控制及进行设计。对于各种型号的PLC控制, 先了解三菱、欧姆龙、西门子、松下、台达、东芝等的应用特点, 考虑他们的可靠性及应用的普及程度, 选择了三菱的FX系列。
1 可编程控制器的概论
PLC即可编程控制器 (Programmable logic Controller) , 是以微处理器为核心, 将计算机技术、自动控制技术、通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境而设计的以计算机技术为基础的新型工业控制装置, 居工业生产自动化三大支柱 (可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造) 的首位。它应用的深度和广度已经成为衡量一个国家工业自动化程度高低的重要标志之一。
1.1 PLC的特点
1.1.1 控制方式
继电器控制是采用硬件接线实现的, 只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑, 其控制逻辑是以程序方式存储在内存中, 当要改变控制时, 只需改变系统中存储的程序即可。
1.1.2 控制速度
继电器控制是依靠其触点的机械动作实现控制的, 工作频率低, 很难实现快速有效的实时控制, 并伴有抖动现象。PLC是依靠程序指令控制半导体电路来实现的, 其速度快, 而且严格同步, 并克服了继电器电路的抖动现象。
1.1.3 延时控制
继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制, 而时间继电器定时精度不高, 延时时间短暂, 受环境影响大, 调整困难, 只能满足时间间隔不大的生产现场。PLC用半导体集成电路作定时器, 时钟脉冲由晶体振荡器产生, 精度高, 普通的延时时间可达到几秒至几十个小时不等。调整延时时间方便可靠, 几乎可以忽略环境对它的影响, 可靠性更高。
2 舞台灯光的控制要求
时代在进步, 灯具也在不断地革新, 音乐会、歌剧院、会议室等, 都在使用不同的灯具照明, 各个场所都有不同的要求。
2.1 系统使用灯光配置及特点
该系统的设备配置具有综合剧场使用功能, 在短时间内可轮换多种不同剧种的灯光方案, 效果更明朗。
该系统允许使用全部配置的各种灯具以及其它补充设备, 控制更方便。
该系统的设计有足够的安全性与存储容量, 整个系统在不中断供电的前提下, 可对主控台进行持续的诊断检查, 系统的可靠性得到充足的保证。
舞台灯光控制要求:一个舞台灯光的自动演示装置, 本系统由20组灯光组成, 分别由PLC的输出Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y20、Y21、Y22、Y23显示。启动按钮SB0后, Y21亮 (控制舞台顶端的6只泛光灯) 持续得电, 给舞台一种暗亮度的照明, 适应剧场, 按下SB7可以关闭泛光灯以及系统所有灯。
在按下SB0的前提下, 按下SB1, 全部亮灯5S, 检查是否有灯光损坏, 及时更换, 保证灯光演饰的效果。
本项目集多种灯光控制及多种效果于一体, 指令丰富, 效果炫目, 给人以刺激兴奋的特点。
本项目使用的灯具有三基色灯, 其有如下特点:使用寿命长达1万小时, 是现在的热广源的十倍;灯管温度低, 被照射物几乎无升温现象, 是真正意义上的“冷”光, 这样就避免了灯光照射带来的一系列因散热不良造成的线路及电器方面的故障;色温准, 上下误差仅1.5﹪以内, 显色为95, 具有较好的色彩还原性, 彻底解决了以往主持人和表演者因色温不稳定而导致面部偏色的现象;此光线柔和、均匀, 眼睛感觉舒适, 绝无刺眼现象发生。
用三基色灯作为舞台主亮灯, 由按钮SB2控制Y0—Y17输出显示, 用SB6关闭亮灯。
2.2 控制要求及方案设计
2.2.1 电脑摇头灯的配置
考虑到舞台智能化必将是21世纪舞台照明发展的必然趋势, 为了满足各种演出的不同需求, 舞台底部配置了6台电脑摇头灯。此组灯采用了DMX信号控制, 通过网络接点连接到计算机控制台, 可任意调整灯的投射角度、亮度、变换图案、光束大小、颜色等功能, 确保了电脑摇头灯的变化效果能尽可能满足演出的要求, 使得演出达到预想的理想效果。
AT3010D控制器是一款带LCD显示、无线遥控、音频输入、地址编辑的DMX控制器, 具有一个标准的DMX512输出通道, 可以实现最多170个全彩点的控制。内部具有常亮七彩, 一致跳转, 一致渐变, 流水, 追逐, 中分, 堆积等灯光模式。各种变化效果可分别设定16种不同的变化速度和颜色。具有简易的编程功能, 可以方便地定义输出灯光效果。具有LCD输出指示, 所有功能在LCD上均有操作提示。有无线遥控器可以远距离调试和更改操作。具有DMX地址编辑功能, 方便地址的修改。
此种灯光的控制是现在舞台光控效果的最主要手段之一, 通过联网达到控制变换的目的。也可单独使用, 其效果也很好。
由SB3控制PLC的Y20输出显示, 用SB6关闭亮灯。
2.2.2 聚光灯的配置
聚光灯有2处, 位于舞台2边的顶端, 一边2盏聚光灯, 这4盏灯对舞台上的演员进行独显, 增加人物的形象。另外, 还布置一盏聚光灯由场内摄影控制, 只有当场内有互动活动的时候, 此灯才开启, 带摄像机, 随机抽取观众参加互动。当互动者到达舞台上时, 此聚光灯关闭, 亮起泛光灯。此灯不在结构图中画出。
4盏灯由SB4控制PLC的Y22输出显示, 1盏灯由SB5控制PLC的Y23输出显示, 用SB6关闭亮灯。
2.2.3 灯的控制
在灯光检验无损的前提下, 选择功能:
按下SB2, Y2、Y6、Y10、Y11、Y12、Y13、Y16同时亮, 闪烁2S, 然后Y1、Y4、Y5、Y6、Y7、Y11、Y15同时亮, 闪烁2S, 然后Y1、Y2、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y15、Y16同时亮, 全亮后闪烁2S, 然后, Y1、Y2、Y7、Y13、Y16、Y15Y10、Y4以0.5S的速度顺序点亮, 全亮后闪烁2S, 然后开始循环亮灯……按下SB6可以关闭亮灯, 只点亮泛光灯。
按下SB4, Y22亮灯, 使场内聚光灯亮, 给台上人物以独特的显示。如果有与观众的互动, 就继续按下SB5, Y23亮灯, 场内聚光灯亮。当人物到达舞台时就关闭聚光灯, 只点亮泛光灯。
当按下SB3时, 由于PLC与DMX控制器连接, 可通过PLC的输出控制DMX控制器的输出, 再启动内部设定好的亮灯方法来为舞台增加现场气氛。现在, 这种DMX信号控制的灯光已经是舞台灯光最主要的手段之一, 受到广大用户的欢迎。下图为舞台灯光逻辑图。
2.2.4 PLC的设计
舞台灯光的信号分配表如下。
参考文献
[1]王阿根.PLC控制程序精编108例[M].北京:电子工业出版社, 2009.
[2]翟彩萍, 周秀君, 何方明, 等.PLC应用技术 (三菱) [M].中国社会劳动保障出版社, 2006.
视频与灯光系统交互融合的控制技术 篇10
长期以来, 影视舞台表演系统 (包括剧场、电视演播厅和综艺演出等) 设备都是按照音响、灯光、视频和舞台机械等系统进行分类, 并有各自相对独立的控制技术和系统。近年随着技术的进步和设计观念的更新, 出现了视频系统和灯光系统两个领域控制技术相互融合并迅速发展的新动向。一方面, 灯光与视频都能反映人的视觉感受, 另一方面, 灯光和视频两者的控制技术本身就有着比较近似的模式, 从而为视频系统与灯光系统控制技术的融合提供了有利条件。
视频系统与灯光系统控制技术的融合大致可分为两个方向, 一是视频技术控制灯光系统, 二是灯光技术控制视频系统。
2 视频技术控制灯光系统
视频控制灯光的技术是源于LED。最早研制出来的LED只有红色和偏黄的绿色 (又称黄绿色) , 其定位是“灯”, 称为LED灯。早期LED的光通和光效都很低, 仅用于指示灯、信号灯以及显示文字和简单图案的单色显示屏, 至今仍见于车站、码头、银行、公交等场所的告示栏和广告牌。
随着LED的光通、光效和色彩等性能指标的逐步优化, 推出了以红色和黄绿色2种LED灯作为“像素”、通过视频信号控制组成“双基色”的LED视频显示屏, 由此开拓了视频技术控制灯光系统的新领域。但由于像素中缺少蓝色LED, 显现的图像偏黄绿色, 视觉效果不佳, 仅用于某些要求不高的户外广告和体育馆的记时记分显示屏。
20世纪90年代, 先后研制成功的高亮度蓝管、纯绿管和白管, 促使LED在灯光 (照明) 和视频 (显示) 两个领域分别登上新的台阶。在舞台照明系统采用了DMX-512数字信号控制, 在景观照明系统则广泛采用数字程序控制。典型的产品如内置微处理器的LED数字管形灯 (LED digital tube lamp) , 又名轮廓灯, 广泛用于立交桥、各类景观和大厦轮廓照明。数字管形灯虽能组成简单的文字、图案和“粗线条”的变幻图形, 但仍未脱离“灯”的功能[1]。
LED在某些领域已跳出了“灯”的范畴, 如采用红、绿、蓝 (加上白) LED作为像素, 在视频信号和计算机 (如VGA) 信号控制下构成全彩色 (RGB三基色) 、高亮度的大型视频显示屏, 已成为视频控制LED“灯”的成熟技术。2003年初, 为了布置著名女歌星席琳·狄翁的演出, 美国拉斯维加斯市凯撒宫大饭店的罗马大剧院专门建造了一块高10 m, 宽34 m, 装有532.48万个LED像素的巨型LED视频显示屏, 作为全场演出的背景幕, 取代传统舞台天排灯和地排灯的照明功能。这一创举对全球演艺界特别对舞台灯光和舞台美术领域的传统观念带来颠覆性的冲击。随后2006年第15届多哈亚运开幕式, 以及2007年北京庆祝香港回归10周年的文艺晚会等, 舞台全部采用LED特大显示屏作为背景天幕。特别是2008年北京奥运开幕式中, 长147 m, 宽22 m, 由44 000个LED组成的“地面卷轴”, 堪称视频控制LED灯光技术的巅峰之作。有关LED显示屏技术的进一步讲述可参阅文献[1]。
3 灯光技术控制视频系统
人们也在积极探索灯光与视频结合的另一种方式, 如何用灯光技术去控制视频设备与系统。最早是在各种电脑灯 (即计算机控制灯, 行业内普遍称电脑灯) 中加入一些活动的文字、图案以及场景。进一步通过摄像头与控制系统加入了“互动”的功能, 如在地面投映出的鱼群可以在观众的脚踏、追逐下而游动, 地面的“足球”可以在双方队员的对抗下满场滚动等饶有趣味的场景。这一类称为“互动投影”的产品为灯光与视频控制技术结合的“初级阶段”。
灯光控制视频技术的突破, 当属2003年继第一代传统常规灯具 (聚光灯、泛光灯) 和第二代电脑灯具之后出现的第三代新型灯具———多媒体数字灯, 简称数字灯 (Digital Lighting, DL) 。在2008年北京奥运开幕式上, 由63套数字灯创造出“鸟巢”的高14 m, 长500 m的巨大“碗边” (空中环幕) 的视频画面, 加上8套数字灯在直径18 m的“地球”上投映出五彩缤纷的图像。2009年央视春节联欢晚会上则由17套多媒体数字灯“扫描”出变幻的舞台场景。这些都曾给现场和亿万电视观众以巨大的视觉冲击。
4 数字灯的基本结构———从电脑灯到数字灯[2,3]
图1显示了传统电脑灯的内部结构。图中右侧灯泡发出的光线经过反光镜和透镜组的处理, 最后经变焦系统射出。中间是通过由DMX512数字信号控制的步进电机带动多组图案片、色轮、光阑、棱镜转盘、RGB变色系统等一系列的光学机械部件, 从而使电脑灯呈现出变色、变光、变速、变图案等效果。电脑灯雄踞影视舞台近30年, 但脱离不了机械结构的制约。人们一直在探索, 能否用视频格式取代上述的机械格式。即开发一种把电脑摇头灯技术与投影机技术相互结合的新型设备和系统。近年出现的多媒体数字灯应视为这一探索的初步成果。
图2显示了High End公司开发的第二代数字灯DL.2的组成结构。它由视频投影装置、水平垂直移动机构、媒体服务器、专业摄像机和红外夜视装置等部件组成。
数字灯主要包含以下关键技术:
1) 计算机技术:控制系统的核心配置———媒体服务器, 可存储和重放DVD视频信号和计算机VGA信号, 包括文字、图案、动画、影像以及摄像头在现场拍摄的画面、视频素材和艺术渲染的效果图像等, 取代传统电脑灯的图案片、色轮等结构。从这个“灯具”投射出来的效果都是经计算机数字化手段创造的, 称为“素材”或“媒体”的节目。同时提供图像融合、曲面校正和其他特效等图像处理功能。
2) 摇头灯 (或轨道镜) 技术:使投影机投射出来的图像素材能够接受DMX信号的控制, 通过调光台操控, 在一定范围内活动起来, 灵活地投映到屏幕以及舞台、顶棚、墙面、道具、天幕, 包括弧形、球形等特殊曲面的任意位置, 使整个场地成为灯光师和舞美设计师发挥创意的巨大空间。还可以通过DMX信号控制步进电机来改变投影机的变焦、对焦和其他一些参数。
3) 视频技术:包括高亮度投影机或外接等离子屏、LED屏、液晶屏等, 可投射出高清数字电视质量的画面。多数数字灯还配置一套带红外夜视功能的摄像机, 可以拍摄现场的人物和景物, 即时由投影机投射出来。
5 数字灯的基本功能
数字灯具备的主要功能包括摇头电脑灯功能、图像处理功能和实时素材编辑功能等。下面以数字灯DL.2为例作简要介绍。
5.1 系统功能
DL.2系统功能有:
1) 数字灯所配置的软件可以对多个媒体服务器和多种型号 (如DL.2, DL.3等) 的数字灯进行远程管理。
2) 支持DMX512及Art-Net协议。
3) 有超过1 000幅内置数字艺术图片素材。
4) 支持导入客户定制的素材, 包括3D图形、媒体文件及静态图像等;S-Video接口使它可直接接收多种媒体设备的输入。
5.2 图形引擎功能
图像引擎功能有:
1) 可在独立的2D/3D图像上进行3个离散流媒体的同步重放, 每个流媒体有30个物体参数可用于图形控制, 可选择多种播放方式及播放速度;可定义视频的任意一部分, 包括擦写功能;可将多种颜色及可视化效果进行组合, 如Chromakey (去色嵌入) 特效, 可以使用混色将素材分层, 做出去色透明的效果;可以使流媒体之间做出淡入淡出及溶解的效果;可以在X, Y, Z轴上进行图像旋转、定位及放大缩小;还可以在2D/3D图像上应用视频输入或现场拍摄的画面。
2) 35个总参数可以为3个以上流媒体创建的合成图像提供图形控制;可以在合成图像色彩中使用颜色效果, 包括边缘色彩;有多重遮蔽 (mask) 选择;带边缘淡入淡出及频闪功能;可用边缘淡入淡出创建蒙太奇效果;可在输出投影图像中作梯形校正;可使用视点控制在图像中改变观看的角度及透视角度。并有多种模式可以对所有联网的媒体服务器以及DL.2, DL.3等灯具进行同步。
5.3 素材管理程序功能
软件可以在计算机上运行;可以在本地运行也可以通过网络进行遥控;可通过以太网与DL.2, DL.3进行通信;可上载或下载数字素材;可以使用选单命令进行远程配置灯具;可对软件包括素材、应用及操作系统进行升级。
5.4 边缘融合效果
通过边缘融合器, 可以用多台媒体服务器及数字灯创建无缝拼接的大屏幕画面。边缘融合是多图像拼接技术的重要组成部分。当使用两台或多台投影机组合投射一幅画面时, 会有一部分影像灯光重叠出现接缝。边缘融合的主要功能是把两台投影机重叠部分的灯光亮度逐渐调低, 使整幅画面的亮度一致。详情见参考文献[1]。
5.5 曲面支持效果
当图像投射至非平面时 (如凹凸的圆锥体、有角的屏幕、球体及圆盘状表面等) , 可以修正图像的失真。同时可控制用户所需要的修正数量, 控制图像的垂直和水平中心点。
5.6 数字灯的特效
数字灯的特效有:
1) 仿LED效果:将图像用网格及圆周分隔开, 做成LED墙的效果。
2) 仿瓷砖效果:将图像分为方块状的瓷砖。
3) 阴影:在图像的背后做出一个可调大小的阴影效果。
4) 颜色偏移:可以偏移红、蓝及绿的色彩。
5) 虚化:从图像中的某一点进行缩放, 做出虚化效果。
6) 像素效果:将图像分成小的长方形, 再用每个长方形的中心像素的颜色作为整个长方形的颜色。
7) 模糊化:可做出模糊的效果。
除此之外, 还有图像放大、旋转、水平移动、扫描、滚动、抖动和纹理旋转等效果。
6 工程应用实例
下面介绍3个应用数字灯技术的典型工程实例, 供参考。
6.1 例一:基本配置方案
由Whole hog 3灯控台、DP2000 DMX处理器、D-Tek D-Mix视频切分器加上多台DL.2数字灯组成的数字灯系统基本配置方案, 其系统连接参见图3。
Whole hog 3灯控台可以配接8 192台数字灯, 具有图形用户界面和触摸屏功能。DP2000信号处理器的基本功能是通过双绞网线 (100 Mbit/s) 同High End公司 (或其他类似的品牌型号) 灯控台相连, 作为灯控台的DMX扩展而开发的。
6.2 例二:分立式数字灯系统配置方案
DL.2, DL.3等型号的数字灯是将数字投影机、媒体服务器以及摇头电脑灯的移动功能集成到一起, 组成一体化的数字灯。其优点是结构紧凑, 安装调试和操作简单方便, 是数字灯的主流品种。但当在特大的场地空间应用时, 往往会有某些技术指标 (特别是投影机的亮度指标) 未能达到更高的要求。在这种情况下最好的解决办法是采用分体组合 (分立式) 的模式。
图4为一个典型的分立式大型数字灯系统组成框图。该系统的灯控台和切换器、处理器等与一体化的方案并无区别。其最大特点是选用了固定安装的高亮度、高解像度的大型数字投影机, 以解决大型空间场地所要求的视频效果。而为了解决摇头灯的垂直和水平移动功能, 专门在每台投影机上安装特制的轨道镜头。轨道镜头是一个双镜头系统, 安装在高亮度投影机上, 接受灯控台的DMX512信号的控制, 即可在水平250°、垂直360°的范围内, 将影像投射到3D空间的任何一个位置, 还可以通过DMX信号控制步进马达来改变变焦、对焦以及投影机的其他参数。从图4还可以看到奥松 (AXON) 媒体服务器也是脱离灯体而独立设置。这种组合方案已作为成熟技术被广泛应用于大型的音乐会、体育比赛和商业表演等活动, 2008年北京奥运的开、闭幕式的表演就是典型的成功案例。
在开幕式上, 李宁高举祥云火炬腾空飞翔, 在一幅徐徐展开的画卷上矫健奔跑, 这是63台科视数字电影投影机Christie CP2000-ZX组成数字灯投射出的效果。63台投影机采用每组3台叠加, 具有17 000 lm的亮度、2 048×1 080的分辨力、2 000∶1的对比度以及35.2万亿种色彩。它们被安装在第3层观众席前沿, 通过正投方式在环状“碗边”上投射出无缝边缘融合的影像[4]。
图5为一个大型剧院舞台采分立式数字灯系统配置的方框图, 说明如下:
1) 用3台装有奥松轨道镜头的高亮度投影机, 可以组成2×1+1, 3×1, 1×2+1, 1×3等多种图像无缝拼接组合方式, 也可以3台叠加在一起来加强亮度。
2) 利用轨道镜头的垂直水平移动功能可形成多方位的影像画面移动跟踪。
3) 用网络集线器或网络交换机来联接所有的服务器并和计算机组成网络, 以保证多台媒体服务器的集中式文件管理和播放时视频的同步, 也可以上传影像素材。
4) 把所有的投影机用网络线连接起来, 用软件来进行每一台投影机的设备运行状态检测管理。
5) 服务器和轨道镜头全部通过灯控台的DMX信号来控制。
6.3 例三:音响、视频、灯光集成控制表演系统配置方案[5]
在各类庆典活动、综艺演出以及大型的多媒体会议等场合往往都同时配置有灯光、视频和音响设备, 并有各自相对独立的控制系统。图6显示了采用MA Lighting公司的grand MA系列设备运用前述的灯光控制视频系统技术, 采用类似于例二的分立式配置模式, 将灯光 (Lighting, 缩写L, 包括电脑灯控台、常规灯、电脑灯、硅柜) 、视频 (Video, 缩写V, 包括投影机、摄像头、计算机、视频处理单元) 和音响 (Audio, 缩写A, 包括调音台及功放、音箱) 3套系统组合起来, 以灯控台作为控制中心, 操控整个AVL系统有序运行, 通称为音响、视频、灯光集成控制表演系统 (AVL Integrated Show Control Systems) , 简称Show Control。下面对图6进行简要说明。
1) grand MA电脑灯控制台在Art-Net和MA-Net网络的支持下通过网络交换机, 用网线把灯光系统和视频系统的主要设备全部连接起来, 传输相关的视频信号和控制信号。
2) 灯光系统:由控制台的DMX OUT接口输出DMX信号, 连接到DMX数字硅柜以控制常规灯具 (聚光灯、成像灯、PAR灯等) 。如果灯光系统配有网络硅柜, 则由控制台的Ethernet接口通过网线 (经过网络交换机) 连接网络硅柜控制常规灯。与此相似, 电脑灯也是有两种控制方式, 图中画出的网络控制摇头电脑灯是由控制台Etherne接口通过网线经交换机直接控制。如果配置传统的由DMX控制的电脑灯, 则是由控制台的DMX OUT接口通过DMX信号线连接电脑灯 (图中没有画出) 。
3) 视频系统
(1) 视频处理单元 (Video Processing Unit, VPU) 是视频系统的控制中枢, 内置grand MA Video媒体服务器, 依靠MA-Net协议与grand MA控制台实现双向通信。下面以该系列的最新型号MA VPU pro为例简介其配置及主要功能。
VPU配置256 Gbyte SSD的固态硬盘, 可存储和重放全高清的视频及计算机信号, 包括文字、图案、动画、影像以及各种效果的媒体库。VPU同时还具备图像融合、曲面校正、数字特效以及调整视频图像的对比度、饱和度和色调等功能。配置有4个DVI OUT输出接口, 2个全高清SDI OUT输出接口。另外还配有7 in显示屏可实现直观的可视化操作。
(2) grand MA 3D软件:图中显示的实际是一个具有成像功能的效果模拟器, 也是作为用户用作3D舞台布局设置的界面。能对各类灯具包括常规灯、电脑灯及LED灯进行实时的3D呈现———可视化界面。并可对演出进行预编程和将3D成像记录下来做成视频短片。
(3) 投影系统:配置高亮度的固定型投影机。为实现投影的摇头功能, 本方案并非采用例二所用的轨道镜头方式, 而是采用由DMX信号控制的专用设备———摇臂来完成。MA公司生产的摇臂 (参见图6上方中央) 原设计主要是配套灯光系统, 将各类固定型的电脑灯 (或其他灯具) 安装在摇臂上即可通过控制台送出的DMX信号控制, 成为一支摇头灯。现将固定型投影机安装在摇臂上, 同样可达到类似数字灯的摇头功能, 将影像投射到空间的任何位置。从图6可见, 投影机的VGA和Video输入信号是由VPU提供。VPU提供的信号包括本身储存的素材, 以及由摄像头、计算机或外接USB盘 (图中没有画出) 送来的节目信号。
(4) 音响系统:音响系统以调音台为中心, 包括信号源、功放、扬声器和处理设备等。音频节目如果需要与灯光、视频节目同步, 则可以从调音台的MIDI OUT或LTC OUT (或SMPTE OUT) 接口通过专用线缆将时间码连接到灯光控制台的MIDI IN (或LTC IN) 接口即可实现。
综上所述, 由灯光、视频和音响3个子系统组成的集成控制表演系统可以在1台grand MA电脑灯控制台集中操控下有序地运行。图6中显示的系统只有1台投影机和1台电脑灯。实际上如果需要, 可以配置多台灯控台 (或外加NSP网络处理单元) 进行扩展, 即可增加数量庞大的投影机群、电脑灯群以及常规灯具群, 组成大型甚至特大型的AVL集成表演控制系统。
图7为2008年北京奥运开幕式的数字灯控制系统方框图[6]。
7 小结
近年影视舞台表演领域出现了视频系统和灯光系统控制技术相互融合的发展动向, 其中以多媒体数字灯为代表的灯光控制视频系统技术, 以及音响、视频、灯光集成表演系统控制技术等在2008年北京奥运会、2009年春晚等各类庆典活动、综艺演出和大型多媒体会议等场合中的成功应用, 引起视频和灯光业界的关注。这也给视频和灯光两个不同领域的技术工作者提出了学习和研究的新课题。
摘要：介绍了视频控制灯光系统技术 (以LED显示屏为代表) , 重点讨论了以多媒体数字灯为代表的灯光控制视频技术的的原理、特点、功能和系统组合。介绍了2008年北京奥运和2009年春晚等工程应用实例, 列举了音响、灯光、视频集成表演控制系统的组成和运行。
关键词：视频系统,灯光系统,多媒体数字灯,视频处理单元,表演控制系统
参考文献
[1]彭妙颜, 周锡韬.信息化音视频设备与系统[M].北京:人民邮电出版社, 2008.
[2]励丰机构.灯光创作的一场革命[EB/OL].[2009-11-20].http://www.leifull.com.
[3]励丰机构.High end systems[EB/OL].[2009-11-20].http://www.leifull.com.
[4]Christie.Christie at the2008Beijing summer games[EB/OL].[2009-11-20].http://www.christiechina.com/.
[5]ACE.The ultimate solution in communication[EB/OL].[2009-11-20].http://www.acehk.com.