嵌入式LED舞台灯控制系统的设计与实现

广州市浩洋电子有限公司　陈　浩

嵌入式LED舞台灯控制系统的设计与实现

广州市浩洋电子有限公司陈浩

LED技术在舞台灯领域的应用不仅促进了舞台灯色彩表现技术的进步，同时也节约了大量的电力。当前我国舞台灯行业引入了嵌入式LED舞台灯控制系统的相关技术，其大幅地提高了舞台灯控制系统的相关软件性能，有效地提升了各类舞台灯照明灯具的可靠性，对于舞台灯领域的发展而言有着重要的促进意义。本文主要探讨了嵌入式LED舞台灯控制系统的设计以及实现。

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LED舞台灯具有色彩表现能力出色、高节能以及使用寿命较长等特点，因此其受到了业界人士的广泛关注。随着社会经济的高速发展，人们对舞台灯效果的要求越来越高，而传统的舞台灯控制系统已逐渐地无法适应新时期下社会对舞台灯照明及色彩表现等功能的要求。

1.嵌入式LED舞台灯控制系统的巨大优势

1.1嵌入式LED舞台灯控制系统的运行速度更快

传统的单片机舞台灯控制系统所采用的是8位CPU的单片机，其处理信息能力较弱，因此导致8位单片机舞台灯控制系统的运行速度无法达到令人满意的要求。相比8位单片机舞台灯控制系统而言，嵌入式LED舞台灯控制系统通常采用32位的STM32F103的芯片处理相关的信息，其有效地简化了控制系统的程序以及相关电路，从而大大地提升了舞台灯控制系统的运行速度。

1.2嵌入式LED舞台灯控制系统的光控能力更强

由于嵌入式LED舞台灯控制系统使用了32位的中央处理器，其具有较高的稳定性，能很好地适应各种环境下的舞台灯控制需求，因此其在一定程度上使得舞台灯的光控能力以及色彩表现能力都得到了较大的进步，嵌入式LED控制技术应用于舞台灯系统中，可以得到与无极四色光源相近的连续调光，而这些是传统的8位单片机舞台灯控制系统难以做到的。

1.3嵌入式LED舞台灯控制系统的运动控制表现更为突出

传统的单片机舞台灯控制系统由于信息处理能力上存在着不足，因此在运动控制方面上表现不尽如人意，由此可能无法营造出相应的舞台气氛。而更为先进的嵌入式LED舞台灯控制系统的运行速度较快，因此在一定程度上可以较为轻松地处理相关的舞台灯运动控制程序，从而能够营造出较好的舞台效果［1］。

2.嵌入式LED舞台灯控制系统的设计

2.1嵌入式LED舞台灯控制系统整体控制设计

以往的单片机舞台灯控制系统通常使用三个8位单片机，如此的组合形式在某种意义上大幅降低了舞台灯控制系统的可靠性以及稳定性。与此同时，由于8位单片机舞台灯控制系统的信息处理能力不强，因此其无法很好地控制舞台灯的运动，从而容易造成舞台效果偏差的现象出现。而新式的嵌入式LED舞台灯控制系统采用了先进的32位处理器，最高工作频率可达到74MHZ，因此其能够呈现出多种功能，例如编码器接口电路、ADC转换电路以及高级定时器等［2］。

在嵌入式LED舞台灯控制系统的设计上，人们使用1个32位的中央处理器来替换以往控制系统的8片单片机，如此便能最大程度地降低相关系统软件的复杂程度以及系统外部电路的复杂性，从而能够促使舞台灯的相关联网系统运行更加稳定流畅。嵌入式LED舞台灯控制系统STM32F103芯片的设计运用，使得控制系统能够更加便捷地运用细分动作控制以及S型加减速控制相应的驱动水平，也能使得系统可以对更加多级的PWM信号实施有效的控制行为，从而能够在最大程度上对LED舞台灯的亮度加以控制。嵌入式LED舞台灯控制系统中拥有更多的热敏电阻，如此便能有效地确保系统各类灯具的安全，防止灯具因过度发热而被烧毁。

除此之外，嵌入式LED舞台灯系统的相关软件程序也得到了优化，正因如此，软件系统的程序数量得到了大幅度的削减，因此相较于8位单片机舞台灯控制系统而言，嵌入式LED舞台灯控制系统通信时间以及系统初始化的时间有了明显的下降，其极大地提升了嵌入式LED舞台灯控制系统的运行效率。

另外，人们为了使得嵌入式LED舞台灯控制系统具有更强的稳定性以及可靠性，其往往会对嵌入式LED舞台灯控制系统采用一些抗干扰的设计。例如设计人员会在控制系统内使用DC/DC以及PFC级合为一体的电源开关，如此设计能够有效地减小系统的体积与电流的谐波畸变概率。嵌入式LED舞台灯的线路较为密集且内部结构颇为复杂，这在一定程度上可能促使电源受到一定的干扰，因此人们一般采用三级电源稳压的工作模式来达到稳定电压，促进系统电源效率得到有效提高的目的。一般来说，人们为了最大程度地降低系统受到的电磁干扰，通常会使用铁磁材料制作嵌入式LED舞台灯控制系统的开关。

2.2系统温度保护设计以及调光控制

①温度保护设计。嵌入式LED舞台灯控制系统的LED光源布局非常密集，总体面积通常大于四百立方厘米，然而即便如此嵌入式LED舞台灯控制系统内部温度通常仍不会超过合理的范围。嵌入式LED舞台灯控制系统能够拥有如此强大的温度控制能力得益于STM32F103芯片的应用，由于该芯片应用后嵌入式LED舞台灯系统内部拥有了五个热敏电阻，其极大程度地提高了系统光源工作的稳定性，赋予了系统较为突出的温度控制能力。

嵌入式LED舞台灯控制系统的依靠先进的温度控制原理而获得了出类拔萃的温度保护控制能力，其具体原理是：热敏电阻的电阻值随着相关检测点的温度变化而发生相应的改变以达到促使系统电压值产生合理变化的目的。电压值的相关变化在经过A/D转换后会致使中央处理器的实时检测值发生改变，此时嵌入式LED舞台灯控制系统的CPU会迅速把原先设定的相关阈值与系统检测点的数据进行分析比较，此时若系统检测点的相关数值已经长时间地高于设定阈值，中央处理器则会立即调节PWM信号以实现降低LED平均驱动电流强度的目的。而如果嵌入式LED舞台灯控制系统的相关检测点数值超过设定阈值的时间并不长，中央处理器则只用提升系统散热风扇的转速便可较为顺利地达成系统降温，保护LED光源以及系统其他零部件的目的。

②调光控制设计。嵌入式LED舞台灯控制系统由于采用了先进的32位STM32F103芯片，其主频率可以达到较高的数值，该芯片也在在提升PWM分辨率的工作上发挥了极其重要的作用，由此嵌入式LED舞台灯控制系统的连续调光能力便有了大幅度的提高。传统的8位单片机舞台灯控制系统的驱动芯片通常不具备过流以及过压保护的能力，由于一些因素的影响，以往系统的放电过程中误操作的几率也比较大，而嵌入式LED舞台灯控制系统采用了新式的驱动芯片，其输出的精度有了明显的改善，并且具备较强的自我保护能力。

嵌入式LED舞台灯系统中恒流驱动电路与CPU控制电路构成了PWM调光控制机制。恒流驱动电路能为灯具提供较为稳定的电流，效率较高。CPU通过接收不断变化的PWM信号来完成调光控制工作［3］。

2.3系统运动控制

①系统步进电动机的细化控制。嵌入式LED舞台灯控制系统运用PWM的方法来达到控制电流的目的，在此过程中采用64细分的方式，该方式是目前嵌入式LED舞台灯控制系统领域最为常见的细分方法，其通过有效地减小电机转矩波动的方式来最大程度地改善原先电机运行噪音较大的情况。

②嵌入式LED舞台灯控制系统步进电机S型加减速控制。传统的舞台灯控制系统在垂直、水平步进电机的体积以及质量控制等方面的工作上乏善可陈，因此以往的步进电机通常较为笨重，而先进的嵌入式LED舞台灯控制系统一般使用S型加减速控制步进电机，该种电机运行方式得到了有效的优化，因此其较以往的舞台灯控制系统而言在噪声的控制方面具有巨大的优势，系统的运行状况也因步进电机S型加减速控制的运用而趋于平稳化，相关LED光源的使用寿命也得到了一定程度的延长。除此之外，由于步进电机采用了S型工作方式，步进电机机身的质量与体积明显缩小，所占空间减小，其为为原本不大的舞台腾出了更多的空间，在某种意义上更有利于舞台表演人员相关演艺活动的开展，促进舞台气氛趋于活跃。

3.结语

相比于传统的8位单片机舞台灯控制系统，先进的32位嵌入式LED舞台灯控制系统无论是在节能减排、光控能力以及对舞台灯的运动控制上都有着较大的优势，这得益于嵌入式LED舞台灯控制系统优秀的设计以及优良的制作工艺，因此有关方面应当再接再厉，不断纠正自身不足、积极开拓创新，从而为舞台灯控制系统行业作出更大的贡献。

［1］吕建平，孔亮，曹发海.二相混合式步进电机的高性能驱动器研究［J］.单片机与嵌入式系统应用，2013（09）.

［2］彭颖茹，蒋伟楷，林学贵，等.UHP光源舞台灯具控制系统抗干扰技术［J］.自动化与信息工程，2012（03）.

［3］董亮辉，刘景林，李昱.步进电机宽调速多细分控制系统研究［J］.测控技术，2012（01）.

中央高校基本科研业务费实验室研究基金项目。