灯光控制设备和灯光播放系统的制作方法

本实用新型涉及ktv灯光领域，特别是涉及一种灯光控制设备和灯光播放系统。

背景技术：

随着国民经济发展，人们生活水平的不断提高，多彩的灯光融入人们的生活，一方面可以给人以视觉的冲击，丰富人们的生活体验，另一方面，可以弥补房屋装修所存在的不足。其中，绚丽多变的灯光体验，在时下的ktv包房、智能家居和舞台等领域扮演着越来越重要的角色。

目前，国内外遵循dmx512控制协议的舞台灯具为主流产品，而灯光效果绚丽多彩的变化，主要通过专业人员采用灯光控台设备来完成。然而，该方式存在专业性操作复杂、对人员素质要求高、价格昂贵等缺陷，使得ktv和智能家居中难以实现。

此外，市面上所存在的灯光控制系统主要以颜色变化和亮灭为主，同样也不能将舞台效果的灯具发挥到淋漓尽致，故在现有的多彩装饰灯上就不具备人们所需求的功能，仅是在颜色上产生变化已是很难提高人们的消费欲望，不利于市场竞争。

技术实现要素：

基于此，有必要针对专业性操作复杂、对人员素质要求高、价格昂贵以及市面上所存在的灯光控制系统主要以颜色变化和亮灭为主的技术问题，提供一种灯光控制设备和灯光播放系统。

一种灯光控制设备，所述灯光控制设备包括单片机控制器、音频采集处理设备、存储器、灯具控制器；所述音频采集处理设备、所述存储器和所述灯具控制器均与所述单片机控制器连接；所述存储器用于存储预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件；

所述音频采集处理设备，用于对输入的音频信号进行处理，得到频率数据；

所述单片机控制器，用于将所述频率数据智能匹配相应歌曲场景的音频灯光控制效果文件；以及将所述目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件；

所述灯具控制器，用于对所述合成灯光控制效果文件进行解析，得到灯光控制指令，并根据所述灯光控制指令进行灯光控制。

在其中一个实施例中，所述灯光控制设备还包括pc上位机调试装置；所述pc上位机调试装置通过串口通信方式与所述单片机控制器连接；

所述pc上位机调试装置，用于根据与所述灯具控制器连接的灯具数目和灯具通道数量，生成所述预设频率的音频触发灯光控制效果文件和所述常规灯光控制效果文件。

在其中一个实施例中，所述音频采集处理设备包括信号放大电路、滤波器、频谱处理器；

所述信号放大电路，用于将所述音频信号进行放大；

所述滤波器，用于对放大后的音频信号进行滤波，得到指定频率的音频信号；

所述频谱处理器，用于对指定频率的音频信号进行傅里叶变换，将所述音频信号从时域变换到频域，并进行频率提取，得到所述频率数据。

在其中一个实施例中，所述信号放大电路为正相放大电路和差动放大电路。

在其中一个实施例中，所述灯光控制设备还包括电源供应装置；

所述电源供应装置将220v市电转换成直流电输出供给所述灯光控制设备。

在其中一个实施例中，所述灯光控制设备还包括键盘输入装置；所述键盘输入装置通过引脚与所述单片机控制器连接；

所述键盘输入装置在按下不同的按键时，会输出不同的电压值；

所述单片机控制器通过采集所述电压值判断相应的按键的动作，并执行相应的功能。

在其中一个实施例中，所述灯光控制设备还包括显示器；所述显示器与所述单片机控制器连接；

所述显示器用于对所述频率数据进行显示，和/或，对播放的灯光控制效果对应的信息进行显示。

一种灯光播放系统，所述灯光播放系统包括如权利要求1-7任意一项所述的灯光控制设备，还包括若干灯具；

所述若干灯具通过rj45水晶头以并联的方式与所述灯具控制器连接。

上述灯光控制设备，灯光控制设备包括单片机控制器、音频采集处理设备、存储器、灯具控制器，音频采集处理设备、存储器和灯具控制器均与单片机控制器连接，存储器用于存储预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件，音频采集处理设备，用于对输入的音频信号进行处理，得到频率数据，单片机控制器，用于将频率数据智能匹配相应歌曲场景的音频灯光控制效果文件，以及将目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件，灯具控制器，用于对合成灯光控制效果文件进行解析，得到灯光控制指令，并根据灯光控制指令进行灯光控制。其中，利用音频采集处理设备对输入的音频信号进行处理得到频率数据，单片机控制器根据频率数据可以得到目标音频触发灯光控制效果文件，单片机控制器将该目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件，根据该合成灯光控制效果文件进行灯光效果展示，可以根据不同的音乐情景和节拍，变换多种相对应的灯光效果。并且，因为存储器存储有预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件，可以进行常规灯光控制和音频触发灯光控制。

附图说明

图1为一实施例中的灯光控制设备的结构框图；

图2为一实施例中的灯光控制设备的结构框图；

图3为一个实施例中的常规灯控效果文件的数据格式示意图；

图4为一个实施例中的音频触控灯光控制效果文件的数据格式示意图；

图5为一个实施例中的音频触控灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件的叠加灯光效果的实现示意图；

图6为一实施例中的灯光播放系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种灯光控制设备10，所述灯光控制设备10包括单片机控制器101、音频采集处理设备102、存储器103、灯具控制器104；所述音频采集处理设备102、所述存储器103和所述灯具控制器104均与所述单片机控制器101连接；所述存储器103用于存储预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件；

所述音频采集处理设备102，用于对输入的音频信号进行处理，得到频率数据；

所述单片机控制器101，用于将所述频率数据智能匹配相应歌曲场景的音频灯光控制效果文件；以及将所述目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件；

所述灯具控制器104，用于对所述合成灯光控制效果文件进行解析，得到灯光控制指令，并根据所述灯光控制指令进行灯光控制。

在本实用新型实施例中，存储器103用于存储灯光控制效果文件，分别为预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件。在没有音频信号输入或者未启用音频触发功能时，通过对音频信号进行处理和匹配，得到目标音频触发灯光控制效果文件，将目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件，通过解析合成灯光控制效果文件来进行灯光控制。

其中，灯光控制指令可以是dmx512控制数据包。灯具控制器104可以解析目标音频触发灯光控制效果文件，得到dmx512控制数据包，并将dmx512控制数据包以dmx512的通信协议发送，实现对并联在灯具控制器104的多台灯具进行控制。

上述灯光控制设备，灯光控制设备10包括单片机控制器101、音频采集处理设备102、存储器103、灯具控制器104，音频采集处理设备102、存储器103和灯具控制器104均与单片机控制器101连接，存储器103用于存储预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件，音频采集处理设备102，用于对输入的音频信号进行处理，得到频率数据，单片机控制器101，用于将频率数据智能匹配相应歌曲场景的音频灯光控制效果文件(即将频率数据与音频触发灯光控制效果文件进行匹配，得到与频率数据匹配的目标音频触发灯光控制效果文件)，并将目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件，灯具控制器104，用于对合成灯光控制效果文件进行解析，得到灯光控制指令，并根据灯光控制指令进行灯光控制。其中，利用音频采集处理设备102对输入的音频信号进行处理得到频率数据，单片机控制器101根据频率数据得到目标音频触发灯光控制效果文件，单片机控制器101将该目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件，灯具控制器104根据该合成灯光控制效果文件进行灯光效果展示，可以根据不同的音乐情景和节拍，变换多种相对应的灯光效果。此外，目标音频触发灯光控制效果文件包括音频触发间隔、触发强度和频率值范围特征，则将目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，根据合成灯光控制效果文件进行灯光控制，从而不仅可以根据音频触发间隔、触发强度和频率值范围特征进行音频触发灯光效果，在没有根据音频触发间隔、触发强度和频率值范围特征进行音频触发灯光效果的时候，还可以根据常规灯光控制效果文件进行灯光效果，避免在没有音频触发灯光效果的情况下没有任何灯光效果。并且，因为存储器103存储有预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件，可以进行常规灯光控制和音频触发灯光控制。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种灯光控制设备10，所述灯光控制设备10还包括pc上位机调试装置201；所述pc上位机调试装置201通过串口通信方式与所述单片机控制器101连接；

所述pc上位机调试装置201，用于根据与所述灯具控制器104连接的灯具数目和灯具通道数量，生成所述预设频率的音频触发灯光控制效果文件和所述常规灯光控制效果文件。

在本实用新型实施例中，pc上位机调试装置201可根据连接的灯具数目和灯具通道数量，生成相应的预设频率的音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件。通过灯具控制器104解析后控制灯具绚丽多彩的状态变换。

其中，灯具通道数量指所有dmx512协议灯具所有通道数之和。灯具数目是遵循dmx512协议的舞台灯具总数。

在一个实施例中，所述音频采集处理设备102包括信号放大电路、滤波器、频谱处理器；

所述信号放大电路，用于将所述音频信号进行放大；

所述滤波器，用于对放大后的音频信号进行滤波，得到指定频率的音频信号；

所述频谱处理器，用于对指定频率的音频信号进行傅里叶变换，将所述音频信号从时域变换到频域，并进行频率提取，得到所述频率数据。

在本实用新型实施例中，音频采集处理设备102对音频信号进行信号放大、信号滤波、ad采样、fft算法处理和节拍频率提取等操作流程。

在本实用新型实施例中，信号放大电路采用正相放大电路和差动放大电路，对输入的音频信号放大，以提高后续a/d在量化范围内的精度。

在本实用新型实施例中，滤波器优选为巴特沃斯低通滤波器，一方面可剔除高频音乐信号，另一方面剔除高频信号的低频分量。优选的，滤波后只提取小于5000hz的音频，用户听这个范围的音频是最舒适的。

在本实用新型实施例中，利用频谱处理器，使用128个采样点数的蝶形运算快速傅里叶变化算法，对指定频率的音频信号进行傅里叶变换，将音频信号从时域变换到频域，之后通过所获得的频谱进行频率提取(即某频率节奏的提取)，得到频率数据。

在一个实施例中，当未启用音频触发功能时，通过解析所述常规灯光控制效果文件进行灯光控制；当启用音频触发功能时，若未采集到音频信号，则通过解析所述常规灯光控制效果文件进行灯光控制；当启用音频触发功能时，且采集到音频信号，根据所述音频采集处理设备对输入的音频信号进行处理，得到频率数据，根据所述单片机控制器将所述频率数据智能匹配相应歌曲场景的音频灯光控制效果文件；将所述目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件；根据所述灯具控制器对所述合成灯光控制效果文件进行解析，得到灯光控制指令，并根据所述灯光控制指令进行灯光控制。

在一个实施例中，如图3所示的常规灯控效果文件的数据格式示意图，根据不同的灯光氛围，如柔和、劲爆和动感等等情景生成多个常规灯光控制效果文件。该类常规灯光控制效果文件的数据格式分为头文件和通道数据两部分。头文件部分包含文件大小、摇麦、摇麦间隔、摇麦时长和通道数5个部分。其中，文件大小表示常规灯光控制效果文件的数据大小；摇麦用于使能系统的摇麦功能，若该功能开启可以通过系统的按键选择，把所有的灯光场景聚集到同一个区域；摇麦间隔代表相邻两次摇麦功能开启所需的最小间隔时间；摇麦时长指开启摇麦功能后所有灯光聚集到同一个区域的维持时间；通道数指所有dmx512协议灯具所有通道数之和；通道数据是用于控制灯具所有通道的灯光状态的变化，主要由通道编号、通道数据长度、偏移量和多个采样数据组成；通道编号是指对连接在系统的多台dmx512灯具的每个灯控状态编号；通道数据长度指该通道数据的数据包大小；偏移量指该通道的采样数据1与该常规文件的数据起始的相差字节数。其中，解析常规灯光控制效果文件时，在不同通道号的数据中各取一个采样数据组成dmx512协议的灯光控制数据包，且每个通道的采样数据取到最后一个采样数据之后再从第1个采样数据轮询取数据，不断循环。

在一个实施例中，如图4所示的音频触控灯光控制效果文件的数据格式示意图，根据不同的灯光氛围生成多个不同频率的音频触控灯光控制效果文件。该音频触控灯光控制效果文件的数据格式分为头文件和通道数据两部分。头文件包含文件大小、音频声控步数个数、音频声控步数链表、声控步时长、音频叠加后的间隔时长和通道数等内容；文件大小表示音频触发灯光控制效果文件的数据大小；音频声控步数个数指一次音频触发后，灯具状态变化的次数；音频声控步数链表用于存放不同节奏的音频触控下音频声控步数个数；声控步时长指灯具在音频触控下相邻两次状态变化的时间差值；音频叠加后间隔时长指音频数据流叠加后的重触发时间，若该段时间内有音频重新触发则灯光采用音频触发数据轨道进行控制，若没有则采用常规数据轨道进行控制。

在一个实施例中，如图5所示的音频触控灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件(即合成灯光控制效果文件)的叠加灯光效果的实现示意图，灯光控制效果数据流分为常规灯光效果场景和音频灯控效果场景，当系统不使能音频节奏触控时，常规灯光效果场景直接作为灯控数据流输出进行灯光控制；当使能音频节奏触控功能，系统会将常规灯光效果场景和多个符合不同音乐节拍的音频灯控效果场景进行叠加，最后将叠加后的数据流进行灯光控制。

如图5所示，当音乐响起未捕获到节奏触控点时，灯控数据流按常规灯光效果数据流轨道进行数据解析，即叠加后灯控效果数据第1个数据包为常规灯光场景的第1个数据包；当捕获到第1个节奏触控点，将音频灯控效果场景2的数据与常规灯光效果控制数据叠加，叠加步数由链表成员的大小所决定；若数据流叠加未达到链表成员指定的步数，此时捕获到的音频节奏无效，如图5第2个音频触控点到来后需要叠加音频灯控场景2的4、5、6步(链表成员2＝3)，而在此过程中的音频3、4触控点不会对音频进行重触发叠加。

其中，对音频捕获的节奏触控点频率进行计算，根据不同的频率执行不同的音频灯光效果数据流轨道，当节奏频率较低时，按音频灯控效果2的数据轨道与常规灯光效果数据轨道进行叠加；若音频节奏快，则按照音频灯控效果1的数据轨道与常规灯光效果文件数据轨道进行叠加。

其中，当双轨道数据流叠加完链表成员所指定的个数后，会对音频重触发时间开始计时，若在开始计时至t2时间内有捕获到新的音频节奏则进行重触发，若没有则灯控恢复常规灯光效果数据轨道进行控制，如图5叠加后的灯光控制效果文件的19、20、21属此类情况。

在一个实施例中，提供了一种灯光控制设备10，所述灯光控制设备10还包括电源供应装置；所述电源供应装置将220v市电转换成直流电输出供给所述灯光控制设备10。

在本实用新型实施例中，电源供应装置将220v市电转换成3.3v、5v和12v等多种直流电输出供给灯光控制设备10中的各个装置或电路使用，也可以供给灯具使用。

在一个实施例中，提供了一种灯光控制设备10，所述灯光控制设备10还包括键盘输入装置；所述键盘输入装置通过引脚与所述单片机控制器101连接；

所述键盘输入装置在按下不同的按键时，会输出不同的电压值；

所述单片机控制器101通过采集所述电压值判断相应的按键的动作，并执行相应的功能。

在本实用新型实施例中，键盘输入装置有up键、down键、确认按键、取消按键和菜单按键五个按键，通过一根引脚与单片机控制器101连接，在键盘输入装置上按下不同的按键会输出不同的电压值，单片机控制器101通过采集该电压值判断相应的按键动作，是up键、down键、确认按键、取消按键、菜单按键中的哪个按键被按下。

在本实用新型实施例中，灯光控制设备10启动后，利用单片机控制器101进行软硬件初始化操作，之后，扫描存储器103是否存在常规灯光控制效果文件，若存在常规灯光控制效果文件，随机选取一个常规灯光控制效果文件，并根据常规灯光控制效果文件播放灯控效果场景，也可以利用单片机控制器101采集按键的电压值，判断相应的按键的动作，通过按键选取某一个常规灯光控制效果文件，并根据常规灯光控制效果文件播放灯控效果场景。接下来，利用音频采集处理设备102对采集到的音频信号进行采集和处理，得到频率数据，根据频率数据在音频数据流轨道和常规数据流轨道进行叠加，最后解析成灯光控制文件以控制灯光绚丽多变的效果。

其中，利用音频采集处理设备102对采集到的音频信号进行采集和处理，得到频率数据，根据频率数据在音频数据流轨道和常规数据流轨道进行叠加，具体包括：

利用音频采集处理设备102对采集到的音频信号进行采集和处理，得到频率数据，判断是否启用音频触发功能，在未启用音频触发功能时，对常规灯光控制效果文件进行解析，得到dmx512控制数据包，并将dmx512控制数据包以dmx512的通信协议发送，实现对并联在灯具控制器104的多台灯具进行控制；若启用音频触发功能，则扫描存储器103是否存在与频率数据匹配的目标音频触发灯光控制效果文件，若不存在匹配的目标音频触发灯光控制效果文件，则对常规灯光控制效果文件进行解析，得到dmx512控制数据包，并将dmx512控制数据包以dmx512的通信协议发送，实现对并联在灯具控制器104的多台灯具进行控制；若启用音频触发功能，且存储器103存在目标音频触发灯光控制效果文件，则将目标音频触发灯光控制效果文件和常规灯光控制效果文件进行合成，得到合成灯光控制效果文件，对合成灯光控制效果文件进行解析，得到dmx512控制数据包，并将dmx512控制数据包以dmx512的通信协议发送，实现对并联在灯具控制器104的多台灯具进行控制。

在一个实施例中，提供了一种灯光控制设备10，所述灯光控制设备10还包括显示器；所述显示器与所述单片机控制器101连接；

所述显示器用于对所述频率数据进行显示，和/或，对播放的灯光控制效果对应的信息进行显示。

在本实用新型实施例中，灯光控制设备10启动后，利用单片机控制器101进行软硬件初始化操作，之后，扫描存储器103是否存在常规灯光控制效果文件，若不存在常规灯光控制效果文件，则在显示器上显示不存在常规灯光控制效果文件的提醒信息。或者，对常规灯光控制效果文件和/或音频触发灯光控制效果文件进行解析，得到dmx512控制数据包，并将dmx512控制数据包以dmx512的通信协议发送，实现对并联在灯具控制器104的多台灯具进行控制后，在显示器上显示频率数据，和/或，播放的灯光控制效果对应的信息。其中，播放的灯光控制效果对应的信息可以是播放的音频触发灯光控制效果文件对应的场景信息或者文件信息(例如，音频触发灯光控制效果文件的序号)。

为了便于理解，此处举例说明，选用根据鼓点的频率进行音频触发灯光控制，首先灯光控制设备10启动后，利用单片机控制器101进行软硬件初始化操作，之后，扫描存储器103是否存在常规灯光控制效果文件，若存在常规灯光控制效果文件，随机选取一个常规灯光控制效果文件，并根据常规灯光控制效果文件播放灯控效果场景，也可以利用单片机控制器101采集按键的电压值，判断相应的按键的动作，通过按键选取某一个常规灯光控制效果文件，并根据常规灯光控制效果文件播放灯控效果场景。接下来，利用音频采集处理设备102对采集到的音频信号进行采集和处理，得到频率数据，其中，处理过程中，因为鼓点频率一般在80hz-100hz之间，则对80hz-100hz的音频进行过滤，可选的，可以对音频的幅值进行过滤，例如，预设一个阈值，则小于该阈值的鼓点音频过滤掉，不根据小于该阈值的鼓点音频进行灯控，根据用户需求实现更加灵活的灯控。

上述灯光控制设备10，采用常规灯控数据流通道、音频灯控数据流通道双通道独立或叠加的方式进行控制，按不同音乐节拍生产dmx512协议控制数据包发送给舞台灯具，进行灯光的控制，可实现绚丽多彩的灯光效果。此外，该灯光控制设备10结构简单、携带方便、应用可靠性强，特别适用于音乐和灯光情景互动的ktv包房和智能家居中。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种灯光播放系统，所述灯光播放系统包括如上述实施例所述的灯光控制设备10，还包括若干灯具60；

所述若干灯具60通过rj45水晶头以并联的方式与所述灯具控制器104连接。

在本实用新型实施例中，灯具60为dmx512灯具，每个灯具有多个通道来控制灯具不同状态的切换。

在本实用新型实施例中，灯光播放系统包括灯光控制设备10和若干灯具60，灯光控制设备10包括单片机控制器101、音频采集处理设备102、存储器103、灯具控制器104，灯具控制器104与若干灯具60相连。灯具60包括多通道dmx512协议灯具1、多通道dmx512协议灯具2、多通道dmx512协议灯具3等等若干灯具。

上述灯光播放系统，具有常规灯光效果数据控制轨道和音频灯光效果数据轨道。灯具采用常规灯控数据流通道、音频灯控数据流通道双通道独立或叠加的方式进行控制，按不同音乐节拍生产dmx512协议控制数据包发送给舞台灯具，进行灯光的控制，可实现绚丽多彩的灯光效果。此外，该系统结构简单、携带方便、应用可靠性强，特别适用于音乐和灯光情景互动的ktv包房和智能家居中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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