智能音乐和弦‑氛围灯系统的灯控装置的制作方法

本实用新型属于无线灯控技术领域，具体涉及一种智能音乐和弦-氛围灯系统的灯控装置。

背景技术：

音乐可视化是将色-听结合在一起，从物理角度，二者相辅相成，具有共通性。将音乐与灯光结合在一起，使音乐表现形式更加丰富，智能音乐-灯光调节设备使音乐具有可视化功能。在智能灯光调节方面，成熟的产品有飞利浦HUE系统。它通过路由器连接到家庭网络形成网桥，实现与HUE系统匹配的灯的无线遥控。该灯光控制系统包括智能灯光控制、离家管制、灯光计划、舒适的亮度控制、唤醒功能。

HUE系统本身只能动态调节灯光。为了实现音乐与灯光的结合，市场上有几款基于HUE平台的应用程序能够根据正在播放的音乐实现对色调或氛围灯光的控制，多数适用于iOS[1]。

一些应用程序利用音频处理器，例如“Ambify”应用程序[2]的“Realtime Light FX”算法以动态补偿和灯光随机变化实时地将音乐可视化。“MagicHue”应用程序[3]利用麦克风将输入的音乐或声音转化为各种灯光效果。另一些应用程序为用户提供了可以预设的各种灯光效果，例如“dancing-hue-light”[4]，该应用程序利用十五种灯光效果，根据用户或iTunes播放列表中的音乐音调、低音和高音与HUE灯的色调、色彩饱和度和明暗同步。“Light DJ Pro”应用程序[5]可以通过界面控制飞利浦HUE和LIFX照明，包括为用户提供快速访问照明效果的效果按键，并有多达11种的自定义颜色，专为LIFX增加Pro控制器附加功能。

上述提到的所有应用程序中只能通过音乐节拍来控制飞利浦HUE灯光系统。人们希望有合适的灯控系统，利用音乐-灯光的联合作用，可以改善人的情绪，达到心理治疗的目的，并且根据不同应用场景，智能音乐-灯光设备发挥不同的功能与作用。

参考文献：

[1]http://www.makeuseof.com/tag/8-fabulous-apps-philips-hue-lights/

[2]http://getambify.com/iOS.html

[3]http://apps4hue.com/product/magichue-the-disco-effect-and-color-fading-app-for-philips-hue/

[4]http://apps4hue.com/product/dancing-hue-light/

[5]http://apps4hue.com/product/light-dj-pro-light-show-creator-for-lifx-philips-hue/

[6]http://ebooks.iospress.nl/volumearticle/45193

[7]WORLDSEMI, 28085-WS2812B-RGB-LED Datasheet.。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种智能音乐和弦-氛围灯系统的灯控装置。

所述的音乐和弦-氛围灯系统，包括硬件灯控部分和软件分析部分，其结构框图如图1所示。软件分析部分为“TonaLighting”程序系统—为较成熟的程序系统，该程序系统，首先通过音乐检索技术和机器学习算法对音乐片段中和弦结构进行预分析，自动识别和弦音，并对和弦音出现的时刻进行标记；然后根据“TonalColor”方案，确定与标记的和弦音相对应的RGB组合，同时读取音乐片段、和弦出现时刻列表和音乐和弦-RGB组合列表，获得灯控指令，传输给灯控部分，控制LED灯光颜色随音乐变化而实时改变；本实用新型设计硬件灯控部分，即灯控装置包括：控制器、蓝牙模块、电源模块、环形LED灯组、OLED显示屏、SD存储模块、扬声器等，其结构框图如图2所示。控制器主要通过核心处理器驱动蓝牙模块，以无线方式接收智能音乐和弦-氛围灯系统发送的控制命令、音频信息，并根据控制命令改变LED灯光颜色；并将接收到的音频信息、控制命令存储至SD卡中，便于用户后续对该系统的直接应用；当用户第二次播放同一首音乐时，可通过OLED屏幕中的提示，利用按键选择已存储的音乐信息，直接控制灯控装置。

本实用新型中，PC端将音频信号及控制命令通过蓝牙同时传送至灯控系统。

本实用新型中，灯控系统由主控芯片控制，驱动蓝牙模块及LED灯，以无线方式接收软件分析部分发送的控制命令，并根据命令控制灯光颜色变化。电源模块为灯控系统提供两种供电方式，一种是5V电源供电，一种为3.7V充电式锂电池供电。

本实用新型中，灯光部分的组件选用WS2812智能外控集成光源[7]，其结构见附图3。LED灯采用混合光模型，以圆环排列结构方式展现，分别采用红、绿、蓝三色LED灯各16个，共48个LED灯，即16个智能外控LED光源，其排列结构方式如图4所示。每一红、绿、蓝LED单色灯组成一个LED RGB单元，实现256中颜色变化；对三种基色进行不同比例的相加混合，实现不同的混色效果；系统采用脉冲宽度调制调光，利用调节脉冲信号的占空比来调节电流大小，从而实现LED灯光强度的变化。另外，RGB颜色变化范围均为0-255，对三种基色进行不同比例的相加混合，即可实现不同的混色结果，从而实现混合光效果。

本实用新型中，SD卡实现了对已播放音乐的记忆功能，通过将蓝牙模块接收的音频信息和控制信息存储，便于用户的再次访问。

本实用新型中， 核心控制器驱动OLED显示模块，显示音乐信息，通过提示信息指导用户选择播放的音乐。

本实用新型中，通过读取SD卡中存储的音频信息及控制信息，通过模拟信号输出口外接扬声器实现音乐播放功能，并控制LED灯光颜色变化。

本实用新型从流行音乐或电子音乐扩展到具有复杂结构的音乐，例如古典音乐或复杂和弦占主要成分的音乐。由于和声的结构性音乐元素也能传达一个复杂的音乐语义内容，因此选用氛围灯使和声视觉化产生更加复杂的认知刺激。由于该特性，该装置可以应用于音乐对影响神经功能的研究，因为丰富的语义和结构内容的音乐提供了更加复杂的神经认知刺激，进而产生更加复杂的脑部处理过程，从而激活大脑皮层中更多的处理音乐内容的功能区域，其主要表现在大脑皮层电活动的变化。利用脑电图（EEG）作为神经生理学检测手段对其进行监测^[6]，其研究结果证明受试者大脑皮层不同区域的电活动发生改变，负责特殊功能区域的电活动频率范围发生明显的变化。另外，个性化的音乐和弦-氛围灯系统可应用于景观、舞台灯光、汽车内饰等。因此，本装置可应用于不同的娱乐场景以及对自闭症（ASD）、脑卒中（Stroke）、脑损伤（TBI）、植物人（VS）等其他神经疾病患者的音乐治疗。

本实用新型的技术效果：

1、该系统是首款基于灯光颜色变化来反映音乐和弦变化的方案，并且从流行音乐或电子音乐扩展到具有复杂结构的音乐，如古典音乐或复杂和弦占主要成分的音乐；

2、由于和声的结构性音乐元素也能传达一个复杂的音乐语义内容，因此利用氛围灯使和弦视觉化，产生了更加复杂的认知刺激，从而激活大脑皮层中处理听觉和视觉的功能区域，达到音乐治疗的效果，因此可用于制备各种疾病（如康复治疗）的音乐辅助治疗器件。例如，用于对自闭症（ASD）、脑卒中（Stroke）、脑损伤（TBI）、植物人（VS）等其他神经疾病患者的音乐辅助治疗；

3、通过蓝牙无线传输实现对灯控系统的控制，并且利用SD卡实现对已播放音乐的记忆功能，便于系统后期的集成化发展。

附图说明

图1为智能音乐和弦-氛围灯应用于音乐治疗情境的结构框图。

图2为灯控系统的结构框图。

图3为WS2812智能外控集成光源结构。

图4为LED灯混合光模型--圆环排列结构方式。

具体实施方式

本实用新型提供的智能音乐和弦-氛围灯系统的灯控装置，上位机在发送控制命令的同时，将音频信息同步传送，灯控系统中的蓝牙模块将接收的音频信息、控制信息存储至SD卡中，便于用户后续对该系统的直接应用。当用户第二次播放同一首音乐时，可通过OLED屏幕中的提示，利用按键选择已存储的音乐信息，直接控制灯控系统。

软件分析系统首先完成对音乐片段的预分析。不同类型的音乐和不同乐器演奏的音乐产生的和弦效果不同，通过音乐专家对大量音乐片段进行预分析，音乐片段类型包括流行乐、古典乐、爵士乐等，以及不同乐器演奏的音乐。

“TonaLighting”程序根据音乐片段以及运行该程序时生成的两个文件列表，即和弦出现时刻列表、和弦-RGB组合列表，结合程序内部的RGB光谱图，生成控制灯光命令，利用PC端蓝牙，向灯控系统发送控制命令。

灯控系统由主控芯片控制，驱动蓝牙模块及LED灯，以无线方式接收软件控制不等发送的控制命令，并根据命令控制灯光颜色变化。电源模块为灯控系统提供了稳定的电压，当选用充电电池供电时，由于普通稳压器不能满足锂电池输出恒定3.3V电压，因此选用低压降线性稳压器。灯光部分的组件选用WS2812智能外控集成光源，采用混合光模型，以圆环排列结构方式展现，分别采用红（R）、绿（G）、蓝（B）三色LED灯各16个，共48个LED灯，即16个智能外控LED光源。系统采用脉冲宽度调制调光，利用调节脉冲信号的占空比来调节电流大小，从而实现LED灯光强度的变化。另外，RGB颜色变化范围均为0-255，对三种基色进行不同比例的相加混合，即可实现不同的混色结果，从而实现不同的混光效果。

另外，系统中集成了SD卡，用于实现对已播放音乐的记忆功能。通过对SD卡的读写操作，将蓝牙模块接收的音频信息和控制信息存储，便于用户的再次访问。

核心控制器通过SPI通信方式驱动0.96寸OLED显示模块，遍历SD卡中的音乐信息，通过提示信息及按键操作指导用户选择播放的音乐。读取SD卡中存储的音频信息及控制信息，通过模拟信号输出口外接扬声器实现音乐播放功能，实现听觉刺激，同时控制LED灯光颜色变化，产生视听同步刺激效果。

该系统应用于对受试者进行视听刺激的科学领域的研究，利用EEG和其他生理参数的检测获得其治疗效果。受试者包括健康个体以及患有脑血管疾病（中风）、自闭症（ASD），以及术后康复的患者等，根据对病人脑电信号的分析，获取病人，对系统进行反馈，及时调整治疗方案，达到个性化治疗的目的。