一种基于NB‑IOT协议的舞台灯具及其控制系统的制作方法

本发明涉及舞台控制技术领域，具体涉及一种基于NB-IOT(Narrow Band Internet of Things，窄带蜂窝物联网)协议的舞台灯具及其控制系统。

背景技术：

舞台灯光也叫“舞台照明”，简称“灯光”。舞台美术造型手段之一。运用舞台灯光设备(如照明灯具、幻灯、控制系统等)和技术手段，随着剧情的发展，以光色及其变化显示环境、渲染气氛、突出中心人物，创造舞台空间感、时间感，塑造舞台演出的外部形象，并提供必要的灯光效果(如风、雨、云、水、闪电)等。

舞台灯光是演出空间构成的重要组成部分。是根据情节的发展对人物以及所需的特定场景进行全方位的视觉环境的灯光设计，并有目的将设计意图以视觉形象的方式再现给观众的艺术创作。

随着科技的发展，对灯光、音响、视频、机械、场景等舞台要素的控制已经不在局限于人为手动控制，舞台中央集控系统的出现使得对舞台要素的控制更精确，这让更复杂的舞台效果得以完美呈现。

现有技术中，舞台灯具的控制都是采用DMX512协议，DMX512协议最先是由USITT(美国剧院技术协会)发展成为从控制台用标准数字接口控制调光器的方式。DMX512超越了模拟系统，但不能完全代替模拟系统；正如其名字该协议一个数据包中它包含512个照明控制，且复杂程度较低，包含地址信息，这使厂商互通性成本也随之降低。DMX512协议在物理上采用了二线制并行灯光亮度调节和数据传输，从而控制灯光及辅助照明设备，比如灯具的运动控制、喷雾动作控制等舞台娱乐设备，虽然DMX512协议在一定程度上降低了人为控制舞台灯具的复杂度，但是采用该协议的舞台灯具控制系统灯具的接入和控制信号的传送复杂，需要每个灯具都与控制台有线连接，且每台灯具和控制台要一一对码，才能进行正常的控制信号传送；并且，由于舞台效果的完美呈现重点在于演出中灯光、音响、机械、场景、视频等的合理搭配和实时控制执行，该舞台控制系统需要专业的舞台技术人员在各自独立的硬件控台上按照导演或者编剧等的要求进行实时操控，对各操作人员的专业技能要求相对较高，操控时非常不友好，非专业人士很难熟练控制。由此可见，现有技术还存在一定的不足。

技术实现要素：

有鉴于此，为了解决现有技术中采用的DMX512协议在灯具的接入和控制信号的传送方面较为复杂，且对各操作人员的专业技能要求相对较高，非专业人士很难熟练控制的问题，本发明提出一种基于NB-IOT协议的舞台灯具及其控制系统。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种基于NB-IOT协议的舞台灯具，包括控制主板、驱动模块和发光模块，所述控制主板分别与所述驱动模块、发光模块连接；

所述控制主板接收基于NB-IOT协议传输的控制指令，并解析该控制指令得到相应的控制信号；

所述驱动模块和发光模块根据控制信号分别使所述舞台灯具执行相应的机械动作和发出相应颜色、亮度的光。

进一步地，所述舞台灯具接收用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据，并解析该影像数据，再通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方。

进一步地，所述控制主板包括数据处理模块、NB-IOT模块、蓝牙模块、传感器、扬声器，所述数据处理模块分别与所述NB-IOT模块、蓝牙模块、传感器、扬声器连接；

所述数据处理模块用于计算处理各种数据信息，包括解析基于NB-IOT协议传输的控制指令得到相应的控制信号；

所述NB-IOT模块用于通过网络接收基于NB-IOT协议传输的控制指令；

所述蓝牙模块用于通过蓝牙传输数据信息；

所述传感器用于感应发光模块位置移动并将感应的距离传送给控制主板，控制主板根据感应的距离自动调焦；

所述扬声器用于将控制主板的音频信号经过放大播放出来。

进一步地，所述驱动模块包括电机驱动单元，所述发光模块包括光源驱动单元；

所述电机驱动单元根据控制信号控制舞台灯具机械转向，把舞台灯具的效果输出到指定的地理位置；

所述光源驱动单元根据控制信号输出相应颜色、亮度的光源，并通过相应的光传输通路把光投影出来。

一种基于NB-IOT协议的舞台灯具控制系统，包括至少一个控制终端和至少一个舞台灯具，所述控制终端和所述舞台灯具连接；

所述控制终端上安装灯具控制操作模块，用户通过在所述灯具控制操作模块上进行相应操作控制所述舞台灯具，并基于NB-IOT协议将该操作的控制指令按照约定的数据通信格式通过广域网或局域网发送给所述舞台灯具；

所述舞台灯具解析控制指令，得到相应的控制信号，并根据控制信号执行相应机械动作和灯光输出。

进一步地，所述舞台灯具控制系统还包括GPS、摄像头、红外模块，所述GPS、摄像头、红外模块都与所述控制主板连接；

所述GPS用于快速定位舞台灯具并将舞台灯具的位置通过控制主板传送给所述控制终端，或者用于防盗；

所述摄像头用于监控舞台灯具所在地的各个角落，通过控制终端观察监控画面；

所述红外模块用于防盗和火灾报警，当发生偷盗时，通过扬声器进行报警，并通过摄像头进行拍照将照片推送到控制终端上，当发生火灾时，通过扬声器进行报警。

进一步地，控制终端控制不同舞台灯具实现相同操作或者控制相同舞台灯具实现不同操作。

进一步地，所述控制终端为手机、平板电脑或笔记电脑；

所述灯具控制操作模块适用于windows、android、ios操作系统。

进一步地，所述灯具控制操作模块设有建筑物地理信息cad建模单元，所述建筑物地理信息cad建模单元对建筑物物理位置和该建筑物中所有舞台灯具物理位置进行建模，将其多维图形虚拟到所述控制终端显示屏上，用户通过鼠标或触摸点击，触发、控制所有舞台灯具。

进一步地，所述控制终端将用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据实时发送给所述舞台灯具，所述舞台灯具接收到的影像数据，并通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、简化操作流程：本发明的通信媒介利用现有的无线wifi和有线网络，通信协议采用NB-IOT协议，不需要把数据解析后变成DMX512信号，简化操作流程，降低对各操作人员的专业技能要求，实时控制性更高，防干扰更强，信号源更稳定；

2)、自动调焦功能：当发光模块移动时无需用户按对焦按钮，控制主板会根据传感器感应的距离按照程序写好的比例自动调焦；

3)、视频监控功能：在舞台灯具上安装了一个摄像头，摄像头照射角度是灯光投射方向的正前方，发光模块和监控摄像是分开工作的，就算发光模块关闭了，摄像监控依然是工作的，只要电源没有断开摄像监控都是在工作状态中；

4)、远程语音功能：用户可以通过摄像头观看到舞台灯具所在的场景，也可以通过远程语音告诉在舞台灯具那边的人做什么事；

5)、防盗和火灾报警功能：设置有红外模块，当发生偷盗时，通过扬声器进行报警，并通过摄像头进行拍照将照片推送到控制终端上，当发生火灾时，通过扬声器进行报警；

6)、GPS定位功能：设置有GPS，可快速定位舞台灯具并将舞台灯具的位置通过控制主板传送给所述控制终端，或者用于防盗；

7)投影仪功能：本发明不仅具有传统意义上的舞台灯光效果，还具有投影功能，可将用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据实时发送给所述舞台灯具，所述舞台灯具接收到的影像数据，并通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于NB-IOT协议的舞台灯具的结构示意图；

图2为本发明的基于NB-IOT协议的舞台灯具的控制主板结构示意图；

图3为本发明的基于NB-IOT协议的舞台灯具控制系统的拓扑图；

图4为本发明的基于NB-IOT协议的舞台灯具控制系统实施例的结构示意图；

图5为本发明的基于NB-IOT协议的舞台灯具控制系统另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IOT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IOT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，可降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IOT是IOT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IOT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IOT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，(NB-IOT)4.5G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VOLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场，远远超过人与人之间的通信需求。

NB-IOT具备以下特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IOT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IOT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IOT终端模块的待机时间可长达10年。

NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IOT)市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。

因为NB-IOT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。

如图1所示，本发明提供一种基于NB-IOT协议的舞台灯具，包括控制主板、驱动模块和发光模块，所述控制主板分别与所述驱动模块、发光模块连接；

所述控制主板接收基于NB-IOT协议传输的控制指令，并解析该控制指令得到相应的控制信号；

所述驱动模块和发光模块根据控制信号分别使所述舞台灯具执行相应的机械动作(例如旋转、轨道运行等)和发出相应颜色、亮度的光。

所述驱动模块包括电机驱动单元，所述发光模块包括光源驱动单元；

所述电机驱动单元根据控制信号控制舞台灯具机械转向，把舞台灯具的效果输出到指定的地理位置；

所述光源驱动单元根据控制信号输出相应颜色、亮度的光源，并通过相应的光传输通路把光投影出来。

所述舞台灯具还具有投影仪功能，接收用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据，并解析该影像数据，再通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方，满足用户在不同场所中的各种需求。

如图2所示，所述控制主板包括数据处理模块、NB-IOT模块、蓝牙模块、传感器、扬声器，所述数据处理模块分别与所述NB-IOT模块、蓝牙模块、传感器、扬声器连接；

所述数据处理模块用于计算处理各种数据信息，包括解析基于NB-IOT协议传输的控制指令得到相应的控制信号；

所述NB-IOT模块用于通过网络接收基于NB-IOT协议传输的控制指令；

所述蓝牙模块用于通过蓝牙传输数据信息；

所述传感器用于感应发光模块位置移动并将感应的距离传送给控制主板，控制主板根据感应的距离自动调焦；

所述扬声器用于将控制主板的音频信号经过放大播放出来。

实施例2

如图3、图4所示，本发明还提供一种基于NB-IOT协议的舞台灯具控制系统，包括至少一个控制终端和至少一个舞台灯具，所述控制终端和所述舞台灯具连接；

所述控制终端上安装灯具控制操作模块，用户通过在所述灯具控制操作模块上进行相应操作控制所述舞台灯具，并基于NB-IOT协议将该操作的控制指令按照约定的数据通信格式通过广域网或局域网发送给所述舞台灯具；

所述舞台灯具解析控制指令，得到相应的控制信号，并根据控制信号执行相应机械动作和灯光输出。

控制终端控制不同舞台灯具实现相同操作或者控制相同舞台灯具实现不同操作，例如在同一本发明提供的舞台灯具控制系统中，控制终端A控制舞台灯具A1打开，控制终端B控制舞台灯具B1打开,控制终端C控制舞台灯具A1和B1进行旋转。

所述控制终端为手机、平板电脑或笔记电脑等移动终端。

灯具控制操作模块为windows、android、ios多平台控制软件，覆盖目前主流硬件媒体终端运行的系统，便于用户按自己需求选用，同时，在灯具控制操作模块中设有建筑物地理信息cad建模单元，建筑物地理信息cad建模单元对现实存在的庞大的建筑物和其中所有舞台灯具物理位置进行建模，将其多维图形虚拟到细小的控制终端显示屏上，用户只需要通过鼠标或触摸点击，即可触发、控制所有舞台灯具，用户操作起来，不仅有运筹帷幄，决胜千里的大局感观，而且利用大量的触发机制，减少了耗时费力的人力机械操作介入，解放了劳动力，减少了人为操作失误；同时，当建筑物中的舞台灯具物理位置发生变化后，舞台灯具会将当前位置信息发送给控制终端，控制终端根据位置信息修改舞台灯具在该建筑物模型上的位置。

本发明舞台灯具的控制主板作为系统数据和指令的接收解析模块，它是衔接灯具控制操作模块控制意图与舞台灯具控制执行电路(包括驱动模块和发光模块)如何执行的枢纽，负责把用户指令转化成具体的物理控制信号，如将控制灯的开或关，灯光颜色效果,舞台灯具电机转向的指令转化为相应的硬件信号(例如控制灯开关所需的gpio高低电平，控制灯光颜色效果或者电机驱动所需的pwm信号)。

本发明的舞台灯具控制系统还具有投影仪功能，所述控制终端将用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据实时发送给所述舞台灯具，所述舞台灯具接收到的影像数据，并通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方，满足用户在不同场所中的各种需求。

实施例3

如图5所示，本发明还提供另一种基于NB-IOT协议的舞台灯具控制系统，包括至少一个控制终端和至少一个舞台灯具，所述控制终端和所述舞台灯具连接；

所述控制终端上安装灯具控制操作模块，用户通过在所述灯具控制操作模块上进行相应操作控制所述舞台灯具，并基于NB-IOT协议将该操作的控制指令按照约定的数据通信格式通过广域网或局域网发送给所述舞台灯具；

所述舞台灯具解析控制指令，得到相应的控制信号，并根据控制信号执行相应机械动作和灯光输出。

控制终端控制不同舞台灯具实现相同操作或者控制相同舞台灯具实现不同操作，例如在同一本发明提供的舞台灯具控制系统中，控制终端A控制舞台灯具A1打开，控制终端B控制舞台灯具B1打开,控制终端C控制舞台灯具A1和B1进行旋转。

所述控制终端为手机、平板电脑或笔记电脑等移动终端。

灯具控制操作模块为windows、android、ios多平台控制软件，覆盖目前主流硬件媒体终端运行的系统，便于用户按自己需求选用，同时，在灯具控制操作模块中设有建筑物地理信息cad建模单元，建筑物地理信息cad建模单元对现实存在的庞大的建筑物和其中所有舞台灯具物理位置进行建模，将其多维图形虚拟到细小的控制终端显示屏上，用户只需要通过鼠标或触摸点击，即可触发、控制所有舞台灯具，用户操作起来，不仅有运筹帷幄，决胜千里的大局感观，而且利用大量的触发机制，减少了耗时费力的人力机械操作介入，解放了劳动力，减少了人为操作失误；同时，当建筑物中的舞台灯具物理位置发生变化后，舞台灯具会将当前位置信息发送给控制终端，控制终端根据位置信息修改舞台灯具在该建筑物模型上的位置。

本发明舞台灯具的控制主板作为系统数据和指令的接收解析模块，它是衔接灯具控制操作模块控制意图与舞台灯具控制执行电路(包括驱动模块和发光模块)如何执行的枢纽，负责把用户指令转化成具体的物理控制信号，如将控制灯的开或关，灯光颜色效果,舞台灯具电机转向的指令转化为相应的硬件信号(例如控制灯开关所需的gpio高低电平，控制灯光颜色效果或者电机驱动所需的pwm信号)。

本发明的舞台灯具控制系统还具有投影仪功能，所述控制终端将用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据实时发送给所述舞台灯具，所述舞台灯具接收到的影像数据，并通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方，满足用户在不同场所中的各种需求。

所述舞台灯具控制系统还包括GPS、摄像头、红外模块，所述GPS、摄像头、红外模块都与所述控制主板连接；

所述GPS用于快速定位舞台灯具并将舞台灯具的位置通过控制主板传送给所述控制终端，或者用于防盗；

所述摄像头用于监控舞台灯具所在地的各个角落，通过控制终端观察监控画面；

所述红外模块用于防盗和火灾报警，当发生偷盗时，通过扬声器进行报警，并通过摄像头进行拍照将照片推送到控制终端上，当发生火灾时，通过扬声器进行报警；

红外模块是利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射，可以做防盗和火灾报警等等。

本发明的通信媒介利用广域网或局域网，通信协议采用NB-IOT协议，不需要把数据解析后变成DMX512信号，简化操作流程，降低对各操作人员的专业技能要求，实时控制性更高，防干扰更强，信号源更稳定。

本发明结合了自动对焦、视频监控、远程语音、防盗和火灾报警、GPS定位等功能、投影仪功能，让舞台灯具不单单只限于投射光色的功能。

自动调焦功能：当发光模块移动时无需用户按对焦按钮，控制主板会根据传感器感应的距离按照程序写好的比例自动调焦；

视频监控功能：在舞台灯具上安装了一个摄像头，摄像头照射角度是灯光投射方向的正前方，发光模块和监控摄像是分开工作的，就算发光模块关闭了，摄像监控依然是工作的，只要电源没有断开摄像监控都是在工作状态中；

远程语音功能：用户可以通过摄像头观看到舞台灯具所在的场景，也可以通过远程语音告诉在舞台灯具那边的人做什么事；

防盗和火灾报警功能：设置有红外模块，当发生偷盗时，通过扬声器进行报警，并通过摄像头进行拍照将照片推送到控制终端上，当发生火灾时，通过扬声器进行报警；

GPS定位功能：设置有GPS，可快速定位舞台灯具并将舞台灯具的位置通过控制主板传送给所述控制终端,或者用于防盗；

投影仪功能：本发明不仅具有传统意义上的舞台灯光效果，还具有投影仪功能，可将用户的视频图像、手动绘制的图形或图片的影像数据实时发送给所述舞台灯具，所述舞台灯具接收到的影像数据，并通过输出光学投射实时同步的把影像数据重现在墙壁、地板或其他特定的地方。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。