专利名称：一种由音乐控制的无线led发光棒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在大型群体性娱乐活动中，由观众挥舞的发光棒，属玩具技 术领域。
背景技术：
在夜间举办的大型群体性娱乐活动中，观众手持发光棒挥舞，能够起到美化视觉、 活跃气氛、提高观众参与积极性的作用。例如在演唱会上表演节奏明快的歌舞时，观众手持 发光棒伴随音乐节律挥动，点点荧光闪动同舞台灯光布景融为一体，共同构成一幅极具动 感的画面，能够使观众在享受音乐的同时享受到视觉的美感。但目前使用较为广泛的荧光 棒、LED发光棒等，其发光颜色和闪烁状态是预先设定的、不受控的，这使得整体场景略显单 调。倘若在演唱会中观众手持的LED发光棒，其发光颜色和闪烁状态能够伴随音乐节 奏而变化，实现视觉与听觉的同步，则可达到增强演出效果、活跃现场气氛，激发观众参与 热情的目的。同时这一系统也会为专业的艺术家发挥想象力、展示创意提供一个全新的平台。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种由音乐控制的无线LED发光棒，以激发观众参与 热情，活跃晚会现场气氛，增强演出效果。本实用新型所称问题是以下述技术方案实现的一种由音乐控制的无线LED发光棒，由音乐信号采集发射器和多个发光棒组成， 所述发光棒由棒内单片机、棒内无线收发模块和发光电路组成，所述棒内无线收发模块接 收音乐信号采集发射器的无线控制信号，其输出端接棒内单片机的信号输入端，所述发光 电路由棒内发光二极管及其驱动三极管构成，所述驱动三极管接成共发射极放大电路，棒 内发光二极管是其集电极负载，驱动三极管的基极接棒内单片机的信号输出端。上述由音乐控制的无线LED发光棒，所述音乐信号采集发射器由麦克风、音频信 号处理电路、主单片机和主无线收发模块组成，所述音频信号处理电路的输入端接麦克风， 输出端接主单片机的信号输入端，所述主无线收发模块的信号输入端接主单片机的信号输 出端。上述由音乐控制的无线LED发光棒，所述发光电路设置三个，分别是红光电路、 绿光电路和蓝光电路，所述三个发光电路的三个驱动三极管的基极分别接棒内单片机的 P2. 0、P2. 1 和 P2. 2 端。上述由音乐控制的无线LED发光棒，所述音乐信号采集发射器的构成中还包括按 键输入电路和显示电路，所述按键输入电路由两个按钮开关组成，两个按钮开关的一端接 地，另一端分别接主单片机的Pi. 0、P1. 1端，每个按钮开关还设有一个上拉电阻；所述显示 电路包括播放模式显示电路和发光状态显示电路，所述播放模式显示电路由三个模式显示单元构成，每个模式显示单元包括一个模式发光二极管，所述模式发光二极管的阳极经限 流电阻接电源正极，阴极接主单片机的一个输入端，三个模式显示单元的模式发光二极管 的阴极分别接主单片机的Pl. 2、Pl. 3、Pl. 4端；所述发光状态显示电路由三个状态显示单 元构成，每个状态显示单元包括一个状态发光二极管和一个开关三极管，所述开关三极管 控制状态发光二极管，其基极接主单片机的一个输入端，三个状态显示单元的三个开关三 极管的基极分别接主单片机的Pl. 5、Pl. 6、Pl. 7端。上述由音乐控制的无线LED发光棒，所述音频信号处理电路由依次连接的同相放 大器、状态滤波电路、绝对值电路组成，所述同相放大器由第一运算放大器和电位器组成， 第一运算放大器的同相输入端接麦克风，输出端接状态滤波电路的输入端，所述电位器一 端接第一运算放大器的输出端，一端接参考电压，其滑动端接第一运算放大器的反相输入 端；所述状态滤波电路由第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、电阻和电容 组成，所述第二运算放大器的同相输入端接经第一电阻接第一运算放大器的输出端，输出 端经第二电阻接第三运算放大器的同相输入端，所述第三运算放大器的输出端经第三电阻 接第四运算放大器的同相输入端，第三运算放大器和第四运算放大器的反相输入端接参考 电压，第四电阻接于第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，第五电阻接于第二运算 放大器的同相输入端与第三运算放大器的输出端之间，第六电阻接于第二运算放大器的反 相输入端与第四运算放大器的输出端之间，第一电容接于第三运算放大器的同相输入端与 输出端之间，第二电容接于第四运算放大器的同相输入端与输出端之间；所述绝对值电路 包括三个运算放大器，分别是第五运算放大器、第六运算放大器和第七运算放大器，它们分 别接成三个电压跟随器，所述三个电压跟随器的输入端分别接第二运算放大器、第三运算 放大器、第四运算放大器的输出端，输出端的信号依次经二极管整流和电容滤波后分别接 主单片机的P6. 3、P6. 4、P6. 5端。本实用新型利用音乐信号采集发射器向发光棒发出控制信号，使每一名观众所持 LED发光棒的亮度和颜色都随晚会现场音乐的节奏和旋律而变化，实现视觉与听觉的同步 更新，使观众在享受音乐的同时体验更为强烈的视觉变幻，大大增强了演出效果。按键输入电路用于设定发光棒的发光模式，显示电路用于显示设定的模式和该模 式下的发光效果，使设定更加方便和直观。音频信号处理电路可将现场音乐信号的高频、中 频和低频分量分别输入给主单片机，为控制模式的多样化创造了有力条件。
以下结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1是本实用新型的电原理框图；图2是发光棒的电原理图；图3是音乐信号采集发射器的电原理图。图中各标号为B-1 B-3、模式显示单元；P-I P_3、状态显示单元；Q-I Q-3、 发光电路；U1、棒内单片机；U2、主单片机；U3、棒内无线收发模块；U4、主无线收发模块；M、 麦克风；ΚΙ、K2、按钮开关；Fl F7、运算放大器；Tl、驱动三极管；T2、开关三极管；LED、模 式发光二极管；01、02、03、二极管；LD1、棒内发光二极管；LD2、状态发光二极管；Rl R12、 电阻，Cl C5、电容。
具体实施方式
参看图1，本实用新型包含2种装置音乐信号采集发射器、LED发光棒。音乐信号采集发射器包括(1)麦克风M,采用动圈式或驻极体拾音器。(2)音 频信号处理电路，对动圈式或驻极体拾音器输出信号进行放大，将放大的信号分解为高频 (2000Hz 10000Hz)、中频(200Hz 2000Hz)、低频(50Hz 200Hz)分量并对各个频率分 量进行整流和低通滤波，获得3个频率分量信号强度的绝对值。(3)主单片机U2，周期性地 执行以下操作利用单片机内A/D转换器将3个频率信号强度值转化为数字量，然后对此 数字量按照预设的播放模式进行处理，产生用于控制LED发光棒颜色及闪烁状态的显示编 码。(4)按键输入电路，选择播放模式。(5)显示电路，显示播放模式及发光状态。(6)主无 线收发模块，将显示编码以射频方式发射出去。LED发光棒包括(1)棒内无线收发模块U3，其作用是接收音乐信号采集发射器发 出的显示编码。(2)棒内单片机U1，其作用是读取棒内无线收发模块U3接收到的编码，以 此编码控制LED的发光状态。(3)发光电路，作用是驱动红、绿、蓝LED。使用时在现场安装一台音乐信号采集发射器，每一名观众手持一只LED发光棒。 音乐信号采集发射器检测现场音乐节奏、旋律变化，生成特定的编码，然后以无线方式将此 编码发射出去。LED发光棒接收此编码，根据编码控制LED发光的颜色及闪烁状态。这样在 整个现场，观众手持的LED发光棒就会伴随音乐节统一变换颜色及闪烁状态。在音乐信号采集发射器上可进行播放模式设置。播放模式指发光棒的发光颜色及 闪烁状态主要依据音乐的哪一种频率分量和节奏改变。例如对于节奏明快的流行音乐，可 以设置对低音敏感、色彩直接变换的播放模式。参看图2，棒内无线收发模块U3的其作用是接收音乐信号采集发射器发出的编 码，采用以nRFMLOl为核心的成品2. 4GHz无线收发模块。棒内单片机Ul的作用是读取棒 内无线收发模块U3接收到的编码，以此编码控制三个发光电路Q-I Q-3中LDl的发光状 态。棒内单片机Ul为MSP430F1121。Q-I Q-3为三个发光电路，三个发光电路中的LDl 的发光颜色不同，分别为红色、绿色和蓝色。参看图3，音乐信号采集发射器的结构和工作原理是动圈式麦克风M拾取的音频 信号由Fl (运放四LM324中1/4)构成的同相放大器进行放大，放大倍数由电位器W调整。 由F2、F3、F4 (四运放LM324中3/4)构成的状态滤波器对放大后的音频信号进行滤波，将 信号分解为高频(2000Hz 10000Hz)、中频(200Hz 2000Hz)、低频(50Hz 200Hz)分量， 同时此电路也具有一定的放大作用，滤波频率及放大倍数由R1_R6、C1、C2确定。绝对值电 路对状态滤波器输出的3个频率分量进行整流和低通滤波，获得3个频率分量信号强度的 绝对值。由3部分完全相同电路构成，以高频分量绝对值的电路为例进行说明信号经由 F5构成的电压跟随器与状态滤波电路之间进行隔离，经二极管Dl整流后，再经C3滤波获 得高频分量的绝对值，滤波截止频率设置为10Hz。主单片机U2型号为MSP430F149，其内部 12位A/D转换器将3个频率分量绝对值转换为数字量，依据播放模式产生特定的显示编码。 播放模式可以由按键Kl循环选择，主单片机U2控制三个模式显示单元B-I B-3中的发 光二极管LED以二进制方式组合显示当前的播放模式，例如全灭代表播放模式1、全亮代表 播放模式8。播放模式选择好后，由按键K2确认。主单片机U2根据显示编码控制状态显示单元P-I P-3中的红、绿、蓝LED发光，其显示状态同发光棒的显示状态相一致。主无 线收发模块U4的作用是将显示编码以射频方式发送出去，采用以nRFMLOl为核心的成品 2. 4GHz无线收发模块，开阔场地发射半径为100m。
权利要求1.一种由音乐控制的无线LED发光棒，其特征是，它由音乐信号采集发射器和多个发 光棒组成，所述发光棒由棒内单片机(U1)、棒内无线收发模块(U3)和发光电路组成；所述 棒内无线收发模块(U3)接收音乐信号采集发射器的无线控制信号，其输出端接棒内单片机 (Ul)的信号输入端；所述发光电路由棒内发光二极管(LDl)及其驱动三极管(Tl)构成，所 述驱动三极管(Tl)接成共基极放大电路，棒内发光二极管(LDl)是其集电极负载，驱动三 极管(Tl)的基极接棒内单片机(Ul)的信号输出端。
2.根据权利要求1所述由音乐控制的无线LED发光棒，其特征是，所述音乐信号采集发 射器由麦克风(M)、音频信号处理电路、主单片机(U2)和主无线收发模块(U4)组成，所述音 频信号处理电路的输入端接麦克风(M)，输出端接主单片机(U2)的信号输入端，所述主无 线收发模块(U4)的信号输入端接主单片机(U2)的信号输出端。
3.根据权利要求1或2所述由音乐控制的无线LED发光棒，其特征是，所述发光电路设 置三个，分别是红光电路、绿光电路和蓝光电路，所述三个发光电路的三个驱动三极管(Tl) 的基极分别接棒内单片机(Ul)的P2. 0、P2. 1和P2. 2端，单片机(Ul)采用MSP430F1121。
4.根据权利要求3所述由音乐控制的无线LED发光棒，其特征是，所述音乐信号采集 发射器的构成中还包括按键输入电路和显示电路，所述按键输入电路由两个按钮开关组 成，两个按钮开关的一端接地，另一端分别接主单片机(U2)的Pl. 0、Pl. 1端，每个按钮开 关还设有一个上拉电阻；所述显示电路包括播放模式显示电路和发光状态显示电路，所述 播放模式显示电路由三个模式显示单元构成，每个模式显示单元包括一个模式发光二极管 (LED)，所述模式发光二极管(LED)的阳极经限流电阻(R9)接电源正极，阴极接主单片机 (U2)的一个输入端，三个模式显示单元的模式发光二极管(LED)的阴极分别接主单片机 (U2)的Pl. 2、P1. 3、P1. 4端；所述发光状态显示电路由三个状态显示单元构成，每个状态显 示单元包括一个状态发光二极管(LD2 )和一个开关三极管(T2 )，所述开关三极管(T2 )控制 状态发光二极管(LD2)，其基极接主单片机(U2)的一个输入端，三个状态显示单元的三个 开关三极管(T2)的基极分别接主单片机(U2)的Pl. 5、Pl. 6、Pl. 7端，主单片机(U2)采用 型号为 MSP430F149。
5.根据权利要求4所述由音乐控制的无线LED发光棒，其特征是，所述音频信号处理电 路由依次连接的同相放大器、状态滤波电路、绝对值电路组成，所述同相放大器由第一运算 放大器(Fl)和电位器(W)组成，第一运算放大器(Fl)的同相输入端接麦克风(M)，输出端接 状态滤波电路的输入端，所述电位器(W) —端接第一运算放大器(Fl)的输出端，一端接参 考电压，其滑动端接第一运算放大器(Fl)的反相输入端；所述状态滤波电路由第二运算放 大器(F2)、第三运算放大器(F3)、第四运算放大器(F4)、电阻和电容组成，所述第二运算放 大器(F2)的同相输入端接经第一电阻(Rl)接第一运算放大器(Fl)的输出端，输出端经第 二电阻(R2)接第三运算放大器(F3)的同相输入端，所述第三运算放大器(F3)的输出端经 第三电阻(R3)接第四运算放大器(F4)的同相输入端，第三运算放大器(F3)和第四运算放 大器(F4)的反相输入端接参考电压，第四电阻(R4)接于第二运算放大器(F2)的反相输入 端与输出端之间，第五电阻(R5)接于第二运算放大器(F2)的同相输入端与第三运算放大 器(F3)的输出端之间，第六电阻(R6)接于第二运算放大器(F2)的反相输入端与第四运算 放大器(F4)的输出端之间，第一电容(Cl)接于第三运算放大器(F3)的同相输入端与输出 端之间，第二电容(C2)接于第四运算放大器(F4)的同相输入端与输出端之间；所述绝对值电路包括三个运算放大器，分别是第五运算放大器(F5)、第六运算放大器(F6)和第七运算 放大器(F7)，它们分别接成三个电压跟随器，所述三个电压跟随器的输入端分别接第二运 算放大器(F2)、第三运算放大器(F3)、第四运算放大器(F4)的输出端，输出端的信号依次 经二极管整流和电容滤波后分别接主单片机(U2)的P6. 3、P6. 4、P6. 5端。
专利摘要一种由音乐控制的无线LED发光棒，它由音乐信号采集发射器和多个发光棒组成，所述发光棒由棒内单片机、棒内无线收发模块和发光电路组成，所述棒内无线收发模块接收音乐信号采集发射器的无线控制信号，其输出端接棒内单片机的信号输入端，所述发光电路由棒内发光二极管及其驱动三极管构成，所述驱动三极管接成共基极放大电路，棒内发光二极管是其集电极负载，驱动三极管的基极接棒内单片机的信号输出端。本实用新型利用音乐信号采集发射器向发光棒发出控制信号，实现视觉与听觉的同步更新，使观众在享受音乐的同时体验更为强烈的视觉变幻，大大增强了演出效果。
文档编号H05B37/02GK201904947SQ20102061556
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者侯晓宁, 林永君, 王利军, 田亮, 邓菲, 韩振宇 申请人:华北电力大学(保定)