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摘要：在各种不同类型的娱乐设备中，灯光设备占据的地位是十分重要的，在众多灯光设备中，电脑灯发挥着积极重要的作用。电脑灯是由单片机控制的，其特点是色彩变化多样，能够随意的控制动作，所以在舞台、电视演播厅和歌舞厅等场所得到广泛应用。电脑灯在大众娱乐设备中已经成为必不可少的组成部分。本文分析了无线传感网络在舞台电脑灯控制系统中的应用。
关键词：舞台；电脑灯控制系统；无线传感
引言
舞台灯光是演出中的重要组成部分，对于演出的是否完美有着决定性的因素。随着信息技术的进步，人们对舞台灯光的效果要求也比较高，舞台灯光信号最初的传输方式是借助双绞线进行的，如果传输距离比较远或者情况比较特殊的场合，会对于舞台灯光的布线有着很高的要求，本文主要通过对舞台电脑灯控制系统中的无线传感网络进行应用分析。
一、舞台电脑灯控制系统的发展
舞台电脑灯为演出提供优质的舞台灯光是提升舞台质量的重要方式之一。舞台电脑灯就是为了烘托现场氛围，就利用点击控制的筒子灯来制造颜色可以变化和摆动的光束，这种筒子灯就是电脑灯最初的原型。上个世纪九十年代初，才出现真正意义上的电脑灯，但是因为技术的限制，那时候的电脑灯的结构比较简单，多采用模拟技术控制，体积比较大，电脑灯的功率却比较小，功能也比较少。有些场景里的摄像机照度要求比较高，这种装置的电脑灯很难达到理想的效果。进入数字化时代后，照明度对于摄像机的影响大大降低了，这对于电脑灯的发展十分有利。融合了光学、机械、电子、电气及计算机控制等综合现代技术，在电脑灯中的应用，使电脑灯的控制技术取得了革命性的进步，电脑灯的设备不仅可以控制灯光的亮度、光束的方向，也可以控制光斑的移动速度，而且电脑灯的可靠性、稳定性等功能越来越高，光束的色彩更加绚丽、饱和度也比较高、摄像机更容易拍摄到。
电脑灯的应用规模也从最初的十几台，发展到如今的使用上百台组成的灯光系统，例如近几年的央视春晚使用的各类电脑灯已经达到了上千台。现在市面上的电脑灯按结构形式可以分为扫描式和摇头式。扫描式的电脑灯的照明方式主要依靠灯头上的反射镜的翻转改变照明的位置，这种装置的缺点是不能实现全范围的照明，反射镜转动角度的限制比较大。摇头式的电脑灯是借助灯头的转动实现照明位置的移动，可以360度的照明，是现阶段舞台电脑灯的主流应用。电脑灯的智能化主要体现在控制系统中运用了各种先进的微控制器和控制算法，可以接收和处理各种类型传感器以及参数，从而实现自动控制、自动显示的目的，以及及时生成系统运行状态和参数的报告。可以预测的是，未来电脑灯的发展趋势特点是多功能化、智能化、网络化、节能化等。
二、无线传感网络在舞台电脑灯控制系统的结构
现阶段的舞台电脑灯十分先进，除了最基本的照明功能，还在舞台演出中发挥着定位、频闪、追光、图案及颜色变换等功能。先进的舞台照明以及多样化的演艺技术，对于舞台电脑灯提出智能化和自动化的需求。想要实现这些功能的需求，电脑灯控制系统的应用就应该集合光学、机械学、信息科学等各种学科的技术。本文介绍的电脑灯控制系统的结构包括电路系统、光学系统、机械系统这三大部分，电路系统是整个电脑控制系统中的控制单元，电脑灯控制系统的实现单元包括光学系统和机械系统，三者共同作用才能完成电脑灯的各项功能，以下对三大系统进行简述。
1.电路系统。电路系统是电脑灯控制系统中的控制部分，主要负责电脑灯系统中控制信号的解码、传输、状态监控等方面的功能。步进电机的配备系统可以带动灯头、快门、图案盘等运动部件的操作，以实现电脑灯控制系统的灯头转动、定位、快门开合、图像变换等功能。电路系统的另一个功能就是为步进电机提供驱动，这是因为启动和运转奠基需要很大的电流，带动各运动部件实现各种系统功能。电路系统的第三个系统就是显示电脑灯的运行状态以及监控，以便电脑灯在运作过程中某参数及状态异常时进行调整或者报警，确保电脑灯的工作状态正常。
2.光学系统。光学系统可以直接決定电脑灯真的照明效果，属于电脑灯的输出部分，输出光是光学系统最基本的任务，现阶段比较先进的光源系统是RGB激光器。电脑灯在现在舞台表中除了发挥最基本的照明功能外，还有红烘托现场氛围的效果，能够给观众带来心临其境的感官享受。例如，电脑灯快门的迅速开合可以实处瞬间的闪光，实现模拟闪电的效果。木有经过处理的光源是无法实现这种灯光效果，满足舞台表演需求的，实现光源系统的换色、频闪、亮度调节等功能，需要光源系统在输出光的过程中对光进行一定的处理，这就是光学系统中的后期处理功能。激光光源具有单色性的特点，实现颜色换色时不能用换色板，只能使用调节激光输出器的光强来实现颜色的变化，借助光学浑束系统把三束激光合成一束输出。对于激光光源中激光器的驱动设置，应该给予重视，尤其是激光器电源模块的选择应该适配。
3.机械系统。机械系统的主要功能就是带动灯头移动、转动、透镜、图片等部件运动，以实现预期的舞台灯光效果。机械系统可以移动舞台灯的灯头，实现追光、移动灯光、频闪、变焦、图案变换以及指定照明位置等作用。
三、舞台电脑灯控制系统中的无线传感网络的应用
无线网络传感器在舞台电脑灯中的应用主要体现在无线数据的通信程序流程中的数据传递。主站上的无线数据通信流程是：首先给系统装置通电，启动输入输出状态的配置以及串口、SPI接口、NRF24L01寄存器、无线传输数据格式设置的初始化，通信开始后进入正常工作模式。当主发射模块出现DMX512数据包起始标志时，也应该把NRF24L01设置成发射模式，例如设置数据发射和接收节点的地址，使系统可以自动应答通讯数据的传输，配置适当的自动重发次数、通信频率、发射参数等，并且根据数据的传输通道计算出有效的数据传输宽度，然后对NRF24L01的基本参数进行设置，并且换工作模式，进行数据发射、启动的设置，完成数据发射后，系统会自动的转入接收模式接收应答信号。分站程序的数据传输流程：分站程序流程与主站有很多相似的地方，首先应该设置NRF24L01的发射节点地址和接收节点地址，开启发射模式，使系统实现数据传输的自动应答，同时对于数据传输夫人自动重发次数、通信频率、发射参数等进行合理的配置，选择数据信息传输通道0后，计算出有效数据的传输宽度，然后启动数据发送设置，数据信息发射完成后，系统会自动转入信号接收模式接收应答信号。当数据信息接收完成后，单片机装置恢复总线信号时可以通过缓存接收的数据信息、串口模拟DMX512时序完成信号的无线传输。
电脑灯控制系统主要功能模块的实现。电脑灯控制系统中的各个模块的功能和实现方法都是不同的。以下主要介绍电脑灯的主要执行元件——步进电机。步进电机的工作原理就是通过调节脉冲的宽度获取所需的波形。步进电机的工作方式有两种，包括整步方式和半步方式，以1.8°步进角度的混合式步进电机为例，整步方式的工作过程中，每旋转1.8°就是步进电机接收一个脉冲，旋转一周就可以接收200个脉冲，半步工作方式下的步进电机每旋转0.9°就接收一个脉冲，旋转一周则需要400个脉冲。步进电机的控制需要注意的是输入脉冲时应该按照一定的时序进行。电脑灯各种颜色的生成主要是利用减法混合颜色生成的，通过反光杯汇聚的电脑灯光源形成光束，光束在滤光片的作用下形成了不同的颜色。
总结
综上所述，无线传感网络在电脑灯控制系统中的应用主要优势有，布线结构简单、电路建构简洁、所用的外围器比较少、成本比较低等特点。无线传感网络系统可以在复杂的室内环境中，把有线信号转变为无线输出和接收，有效的实现了控制舞台电脑灯系统的效果，具有很广泛的应用趋势，前景不可估量。
参考文献：
[1]杨帅.舞台灯光控制系统的设计与研究[D].中北大学，2013.
[2]张雷，徐大可.无线传感网络在预装式智能变电站中的应用设计[A].安徽省电机工程学会.第二十届华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术讨论会论文集[C].安徽省电机工程学会：，2012：9.
[3]王振玲.基于ZigBee无线传感器网络的监控系统的设计与实现[D].河南师范大学，2012.
基金项目：本文得到国家科技支撑计划项目课题“舞台视觉呈现接口协议研究与应用”（课题编号：2012BAH38F02-04）资助。
摘要：在各种不同类型的娱乐设备中，灯光设备占据的地位是十分重要的，在众多灯光设备中，电脑灯发挥着积极重要的作用。电脑灯是由单片机控制的，其特点是色彩变化多样，能够随意的控制动作，所以在舞台、电视演播厅和歌舞厅等场所得到广泛应用。电脑灯在大众娱乐设备中已经成为必不可少的组成部分。本文分析了无线传感网络在舞台电脑灯控制系统中的应用。
关键词：舞台；电脑灯控制系统；无线传感
引言
舞台灯光是演出中的重要组成部分，对于演出的是否完美有着决定性的因素。随着信息技术的进步，人们对舞台灯光的效果要求也比较高，舞台灯光信号最初的传输方式是借助双绞线进行的，如果传输距离比较远或者情况比较特殊的场合，会对于舞台灯光的布线有着很高的要求，本文主要通过对舞台电脑灯控制系统中的无线传感网络进行应用分析。
一、舞台电脑灯控制系统的发展
舞台电脑灯为演出提供优质的舞台灯光是提升舞台质量的重要方式之一。舞台电脑灯就是为了烘托现场氛围，就利用点击控制的筒子灯来制造颜色可以变化和摆动的光束，这种筒子灯就是电脑灯最初的原型。上个世纪九十年代初，才出现真正意义上的电脑灯，但是因为技术的限制，那时候的电脑灯的结构比较简单，多采用模拟技术控制，体积比较大，电脑灯的功率却比较小，功能也比较少。有些场景里的摄像机照度要求比较高，这种装置的电脑灯很难达到理想的效果。进入数字化时代后，照明度对于摄像机的影响大大降低了，这对于电脑灯的发展十分有利。融合了光学、机械、电子、电气及计算机控制等综合现代技术，在电脑灯中的应用，使电脑灯的控制技术取得了革命性的进步，电脑灯的设备不仅可以控制灯光的亮度、光束的方向，也可以控制光斑的移动速度，而且电脑灯的可靠性、稳定性等功能越来越高，光束的色彩更加绚丽、饱和度也比较高、摄像机更容易拍摄到。
电脑灯的应用规模也从最初的十几台，发展到如今的使用上百台组成的灯光系统，例如近几年的央视春晚使用的各类电脑灯已经达到了上千台。现在市面上的电脑灯按结构形式可以分为扫描式和摇头式。扫描式的电脑灯的照明方式主要依靠灯头上的反射镜的翻转改变照明的位置，这种装置的缺点是不能实现全范围的照明，反射镜转动角度的限制比较大。摇头式的电脑灯是借助灯头的转动实现照明位置的移动，可以360度的照明，是现阶段舞台电脑灯的主流应用。电脑灯的智能化主要体现在控制系统中运用了各种先进的微控制器和控制算法，可以接收和处理各种类型传感器以及参数，从而实现自动控制、自动显示的目的，以及及时生成系统运行状态和参数的报告。可以预测的是，未来电脑灯的发展趋势特点是多功能化、智能化、网络化、节能化等。
二、无线传感网络在舞台电脑灯控制系统的结构
现阶段的舞台电脑灯十分先进，除了最基本的照明功能，还在舞台演出中发挥着定位、频闪、追光、图案及颜色变换等功能。先进的舞台照明以及多样化的演艺技术，对于舞台电脑灯提出智能化和自动化的需求。想要实现这些功能的需求，电脑灯控制系统的应用就应该集合光学、机械学、信息科学等各种学科的技术。本文介绍的电脑灯控制系统的结构包括电路系统、光学系统、机械系统这三大部分，电路系统是整个电脑控制系统中的控制单元，电脑灯控制系统的实现单元包括光学系统和机械系统，三者共同作用才能完成电脑灯的各项功能，以下对三大系统进行简述。
1.电路系统。电路系统是电脑灯控制系统中的控制部分，主要负责电脑灯系统中控制信号的解码、传输、状态监控等方面的功能。步进电机的配备系统可以带动灯头、快门、图案盘等运动部件的操作，以实现电脑灯控制系统的灯头转动、定位、快门开合、图像变换等功能。电路系统的另一个功能就是为步进电机提供驱动，这是因为启动和运转奠基需要很大的电流，带动各运动部件实现各种系统功能。电路系统的第三个系统就是显示电脑灯的运行状态以及监控，以便电脑灯在运作过程中某参数及状态异常时进行调整或者报警，确保电脑灯的工作状态正常。
2.光学系统。光学系统可以直接決定电脑灯真的照明效果，属于电脑灯的输出部分，输出光是光学系统最基本的任务，现阶段比较先进的光源系统是RGB激光器。电脑灯在现在舞台表中除了发挥最基本的照明功能外，还有红烘托现场氛围的效果，能够给观众带来心临其境的感官享受。例如，电脑灯快门的迅速开合可以实处瞬间的闪光，实现模拟闪电的效果。木有经过处理的光源是无法实现这种灯光效果，满足舞台表演需求的，实现光源系统的换色、频闪、亮度调节等功能，需要光源系统在输出光的过程中对光进行一定的处理，这就是光学系统中的后期处理功能。激光光源具有单色性的特点，实现颜色换色时不能用换色板，只能使用调节激光输出器的光强来实现颜色的变化，借助光学浑束系统把三束激光合成一束输出。对于激光光源中激光器的驱动设置，应该给予重视，尤其是激光器电源模块的选择应该适配。
3.机械系统。机械系统的主要功能就是带动灯头移动、转动、透镜、图片等部件运动，以实现预期的舞台灯光效果。机械系统可以移动舞台灯的灯头，实现追光、移动灯光、频闪、变焦、图案变换以及指定照明位置等作用。
三、舞台电脑灯控制系统中的无线传感网络的应用
无线网络传感器在舞台电脑灯中的应用主要体现在无线数据的通信程序流程中的数据传递。主站上的无线数据通信流程是：首先给系统装置通电，启动输入输出状态的配置以及串口、SPI接口、NRF24L01寄存器、无线传输数据格式设置的初始化，通信开始后进入正常工作模式。当主发射模块出现DMX512数据包起始标志时，也应该把NRF24L01设置成发射模式，例如设置数据发射和接收节点的地址，使系统可以自动应答通讯数据的传输，配置适当的自动重发次数、通信频率、发射参数等，并且根据数据的传输通道计算出有效的数据传输宽度，然后对NRF24L01的基本参数进行设置，并且换工作模式，进行数据发射、启动的设置，完成数据发射后，系统会自动的转入接收模式接收应答信号。分站程序的数据传输流程：分站程序流程与主站有很多相似的地方，首先应该设置NRF24L01的发射节点地址和接收节点地址，开启发射模式，使系统实现数据传输的自动应答，同时对于数据传输夫人自动重发次数、通信频率、发射参数等进行合理的配置，选择数据信息传输通道0后，计算出有效数据的传输宽度，然后启动数据发送设置，数据信息发射完成后，系统会自动转入信号接收模式接收应答信号。当数据信息接收完成后，单片机装置恢复总线信号时可以通过缓存接收的数据信息、串口模拟DMX512时序完成信号的无线传输。
电脑灯控制系统主要功能模块的实现。电脑灯控制系统中的各个模块的功能和实现方法都是不同的。以下主要介绍电脑灯的主要执行元件——步进电机。步进电机的工作原理就是通过调节脉冲的宽度获取所需的波形。步进电机的工作方式有两种，包括整步方式和半步方式，以1.8°步进角度的混合式步进电机为例，整步方式的工作过程中，每旋转1.8°就是步进电机接收一个脉冲，旋转一周就可以接收200个脉冲，半步工作方式下的步进电机每旋转0.9°就接收一个脉冲，旋转一周则需要400个脉冲。步进电机的控制需要注意的是输入脉冲时应该按照一定的时序进行。电脑灯各种颜色的生成主要是利用减法混合颜色生成的，通过反光杯汇聚的电脑灯光源形成光束，光束在滤光片的作用下形成了不同的颜色。
总结
综上所述，无线传感网络在电脑灯控制系统中的应用主要优势有，布线结构简单、电路建构简洁、所用的外围器比较少、成本比较低等特点。无线传感网络系统可以在复杂的室内环境中，把有线信号转变为无线输出和接收，有效的实现了控制舞台电脑灯系统的效果，具有很广泛的应用趋势，前景不可估量。
参考文献：
[1]杨帅.舞台灯光控制系统的设计与研究[D].中北大学，2013.
[2]张雷，徐大可.无线传感网络在预装式智能变电站中的应用设计[A].安徽省电机工程学会.第二十届华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术讨论会论文集[C].安徽省电机工程学会：，2012：9.
[3]王振玲.基于ZigBee无线传感器网络的监控系统的设计与实现[D].河南师范大学，2012.
基金项目：本文得到国家科技支撑计划项目课题“舞台视觉呈现接口协议研究与应用”（课题编号：2012BAH38F02-04）资助。