光影大小自动调节器的设计与应用

李 杰，张钱潮，王虞燕，朱国锋，呼格吉乐

（湖州师范学院 理学院物理实验教学示范中心，浙江 湖州 313000）

光影大小自动调节器的设计与应用

李 杰，张钱潮，王虞燕，朱国锋，呼格吉乐

（湖州师范学院 理学院物理实验教学示范中心，浙江 湖州 313000）

文章设计的调节器通过合适的光源置于电控滑控轨之上，用电控开关控制光源在直线滑轨上的位置，操作电路板控制光源的照射位置，从而控制投影物的影子大小、清晰程度以及画面效果。原有定点光源改为动光源，适合影子舞表演、移动灯光定点调节，减轻表演者的排练负担，并且使得画面效果更加精准，排除人为定点误差和加快定点时间。

自动调节器；光源；排练；精准

1 投影背景及研究目的

影子舞，最早发源于中国，中国的皮影就是一种影子舞，国外比较知名的shadow舞团及一些媒体报道相关艺术形式起源的时候都会提到中国。不过中国传统艺术的没落和不被重视已经让宝贵的艺术形式趋于弱势，在国外反而做得风生水起。其通常是由艺术家透过光影，用肢体语言表达情感，使现场效果宛如黑白电影，是时尚而又返古的一种适合小型舞台表演的舞蹈。通常表演场地必须具有的是一块白幕，也可以使用现成的投影幕，通过设置不同类型的光源 通过演员肢体协作创造不同的奇幻造型，也可以适当借助道具。目前比较流行多媒体相结合 主要通过投影仪的光源创造影子与视频互动的媒介形式。

本文的研究目的和意义在于既能在一定程度上减少演员的工作量，减少排练成本和物质损耗，又能达到事半功倍的作用。该装置将大大减少排练时间和成本开销，使更多的人选择这种方式从而使得表演形式更加丰富和完美，达到两全其美的目的。

2 功能简介

光影自动调节装置通过电控调节光源位置，从而得到最为理想的光影。它大大地减少和缓解了演员和工作人员的工作量和劳累程度。并且大大加强了演出效果，保证演出是每个画面达到精准。整套装置实现系统的自动化，可以人为控制不同时刻光源的位置，也可通过简单的编程自动控制。与现有的人动光不动的形式相比，此项目达到了减少排练难度和时间，节省了大量的人力、物力、财力。

3 “智能窗”的主要结构

“智能窗”的主要结构，如图1—2所示。

4 光影大小自动调节装置的物理原理

4.1 光影的形成

影子舞表演道具作品“光影大小自动调节器”，在其实用性的基础上，研究其产生的物理效果，研究其原理，探究其原理的实验性，可行性。

作品的主要原理是由于物体遮住了光线。即光的直线传播定律：光线在同种均匀介质中沿直线传播，不能穿过不透明物体而形成较暗区域，形成的投影就是我们常说的影子。

一个物体可以投出不同形状的影子。物体靠近光源时，影子较大，因为物体档住了大量光线。当物体逐步远离光源，影子也逐渐变小，因为物体档住的光线减少。如果转动物体，会得到不同形状的影子。

4.2 光影的调节原理

影子的边缘可能清晰，也可能模糊。当物体靠近影子投向的地方，如墙壁，边缘就清晰可见。当物体远离影子投向的地方时，边缘就变得模糊。有时影子的中间部位比边缘要暗，中间部位叫作本影，颜色较浅的区域叫作半影。当光源较大时，会出现这种影子。要使影子各部位同样暗，光源必须要小。为了避免半影对本影的视觉干扰，光源必须调至恰当的位置，并且光源大小也应适当。

图1 “智能窗”的实用模型

图2 控制电路线路图

4.3 二维灯光移动系统

通过二维控制器设置程序，命令十字滑台工作，改变光源位置，从而在幕布上呈现出影子大小和位置的变化，达到表演的目的，精确为表演者快速找到最合适的点位，减少工作量。

5 “智能窗”的制作方法

（1）在安装直线导轨之前必须清除机械安装面的毛边、污物及表面伤痕。

注意: 直线滑轨在正式安装前均涂有防锈油，安装前请用清洗油类将基准面洗净后再安装，通常将防锈油清除后，基准面较容易生锈，所以建议涂抹上黏度较低的主轴用润滑油。

（2）将主轨轻轻安置在床台上，使用侧向固定螺丝或其他固定治具使线轨与侧向安装面轻轻贴合。将两台直线导轨组装成两维十字导轨滑台。

（3）组装连接控制器和驱动器:输入信号共有三路，分别是：①步进脉冲信号CP+，CP-；②方向电平信号DIR+，DIR-；③脱机信号EN+，EN-。输入信号接口有两种接法：用户可根据需要采用共阳极接法或共阴极接法。

注意：EN端可不接，EN有效时电机转子处于自由状态（脱机状态），这时可以手动转动电机转轴，作适当调节。手动调节完成后，再将EN设为无效状态，以继续自动控制。

共阳极接法：分别将CP+，DIR+，EN+连接到控制系统的电源上，如果此电源是+5 V则可直接接入，如果此电源大于+5 V，则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光藕提供8～15 mA的驱动电流。脉冲输入信号通过CP-接入，方向信号通过DIR-接入，使能信号通过EN-接入。

（4）焊接好电路。①预热：参照其他电子作品的制作过程，预热时，需要将烙铁头呈45度角，并且用力顶住焊盘和元件进行加热；②上锡：上锡的时间大约需要维持2秒，上锡过程中需要将锡线从元件脚和烙铁的接触面处引入；在锡线受热熔化的时候，要控制好进线的速度不能过快或过慢；③拿开锡线：持续约2秒的时间，将锡线拿开，同时将烙铁头放回到焊盘上；④拿开烙铁：当观察到焊锡冒出少量的烟雾的时候，便可以将烙铁拿开了，最后锡会自己凝固并固定住线头。

（5）把投影光源置于移动平台上，用螺丝固定，反复调试。

6 “智能窗”的使用说明

（1）组装好光影大小自动调节器，调试正常，摆放至正确方位；（2）将影子舞的编排调节要求编写程序，将程序输入至控制板内；（3）接通电源，打开灯光开关；并且设置控制板；（4）开始工作，在排练过程中随时暂停，配合排练至达到表演要求。

7 相关拓展

此项目能实现系统的自动化，省时省力，是很有市场前景的。并且随着科学技术的不断进步，社会的不断发展，人们对生活的要求也在日益提高，这对我国艺术的发展起到了极大的推动作用。自动化的科技产品在生活中不断的普及也使得这款产品的发展有了较好的铺垫，同时这款光影自动调节器组装简捷，使用简单方便。相对现有的仪器中，效果很好，便于推广。此款光影自动调节器旨在为解决影子舞演员在实际生活中所遇到的一些难题烦恼，因此具有一定现实意义，所以其社会效益是毋庸置疑的。

社会效益：现如今社会经济水平迅速提高，人们已经不满足于吃饱穿暖，娱乐也是必不可少的。影子舞是类似黑白电影的艺术。文中提到的光影大小自动调节器的设计与应用对社会具有一定的价值，整个运行过程是无污染、零排放的，满足环保节能的要求，这也是当代社会研究和开发的主要方向之一。正由于该装置是集环保和实用创新于一体的，从而项目具有一定的社会效益。本项目的研究方向能够满足人们对高生活品质的需要，同时对社会也有一定的贡献。

[1]曹阳.浅述对影子舞的认识与感知[D].北京：北京舞蹈学院，2015.

[2]户佩佩，朱振伟.步进电机和伺服电机在十字滑台控制中的应用[J].轻工科技，2016（3）：53-54.

[3]张鹏.十字滑台装配测量技术[J].机械工程与自动化，2015（4）：217-218.

[4]董里杨.浅谈步进电机的工作原理[J].科技信息，2007（8）：74.

Design and application of automatic light and shade size adjuster

Li Jie, Zhang Qianchao, Wang Yuyan, Zhu Guofeng, Hugejile
（Physics Experiment Teaching Demonstration Center of Science College of Huzhou University, Huzhou 313000, China）

Through the electric light source arranged in the right track on the design of sliding control regulation, control light source in the linear slide position with the electric control switch, and control light irradiation position with operation circuit board, so as to control the projection of the shadow of the size and clarity of picture. The original point source instead of moving the light source, is suitable for shadow dance, mobile light regulation, reducing the burden and making the performers rehearse, and the screen effect is more accurate,removing the artificial fixed-point error and speeding up the fixed time.

automatic regulator; light source; rehearsal; precision

国家级大学生创新创业训练计划项目（创新训练项目）；项目编号：201610347008。项目名称：浙江省新苗人才计划大学生科技创新项目；项目编号：2016R427027。

李杰（1995— ），男，浙江杭州，本科。