發光服裝無線控制單元的設計

胡邦明，李 凱

（北京服裝學院 自動化教研室，北京 100029）

發光服裝是帶有發光器件的電子服裝，可應用于各類演出或娛樂活動。在國內，發光服裝已經應用于奧運會和部分大型體育表演演出。目前，人們設計出形形色色的發光服裝，例如：環衛工人、收費站工作人員夜間工作服常帶有發光器件。事實上發光服裝會給晚上工作的工人生命安全帶來保障。

在各類演出中，音樂常作為各類團體操或演出的同步控制信號，演員按照音樂的內容變更動作。目前多數演出的發光服裝是由演員人工控制的，對于同步控制程度高的情況采用人工控制時常會導致發光服裝控制失誤。本文主要研究帶有無線通信模塊的發光服裝控制單元設計以及與音樂同步的控制技術。本文討論的內容是來自大學生科學訓練項目“電致發光服裝的創意設計”，并得到學校的課題資助。

該課題的主要研究具有無線同步控制功能的發光服裝，該類服裝主要用于演出活動。本文將主要討論發光服控制單元的硬件、軟件設計和音樂播放器同步的發光服裝的控制方法。

1 音樂播放與同步控制方案

發光服裝與音樂同步播放的實現方案可以是：（1）樂曲切換式同步控制；（2）音符即時同步控制；（3）音頻信號識別的同步控制。

樂曲切換式同步控制通常是指下位機存儲若干樂曲；上位機或遙控單元發出切換樂曲的指令，下位機接收到指令后切換到相應的樂曲，開始播放同時按照樂譜更新LED的顯示。

音符即時同步控制是指上位機通過無線模塊逐條發送音符的指令，下位機接收到音符后，即時按照音符播放音樂同時更新LED的顯示。

音頻信號識別的同步控制是指在播放音樂的環境下，下位機采集到音頻信號，在線處理識別樂譜，并按照樂譜更新LED的顯示。

音頻信號識別的同步控制需要下位機具有數據采集和實時樂譜識別功能。從較為復雜的音頻信號提取出樂譜本身就是還沒有完全解決的技術課題。因此本文主要討論前兩種音樂同步播放與控制方案。

2 控制單元的硬件設計

根據設計要求，設計了具有無線通信功能的控制單元。在點控的情況，如圖1所示整個系統只包括一臺上位機控制單元和一個無線發光服裝控制單元。圖1中上位機控制單元主要包括筆記本電腦、USB轉RS232適配器和無線通信模塊。圖2是發光服裝無線控制單元的硬件功能方框圖，主要部件有：單片機最小系統、LED驅動電路和無線通信模塊。圖2中無線通信模塊采用桑銳公司生產的無線模塊，最大通信速率是19 200 b/s，傳輸距離約為300～500 m。采用不同的跳線，可連接RS232接口或單片機串口。通過跳線，還可以調整發射中心頻率、通信速率、數據包的格式等通信參數。

圖1 發光服裝的無線控制的系統簡圖

圖2 發光服裝無線控制單元的結構方框圖

調試步驟：先在上位機連接USB轉RS232適配器，因為筆記本電腦都不配備RS232串口。用串口調試軟件發出數據包，用示波器觀察與驗證相應的適配器輸出端是否有數據脈沖。其次分別正確連接發送和接收端的無線通信模塊和安裝天線，在下位機無線通信模塊的輸出端，用示波器觀測無線接收的數據包，檢驗發送和接收端的無線通信模塊是否正常工作。如果一切正常，則可開展軟件調試工作。

控制單元的實物圖如圖3所示。考慮到便攜的要求，按照平均演出時間，選用超薄型的適當容量的鋰充電電池組（1 200 mAh×3 節），續航時間大于1 h。因為輸出通道數目較多，同時又配備不同按鍵，以及無線模塊，選用較為通用的單片機芯片STC89C52RC。另外選用了驅動芯片MC1413可有效地驅動發光服裝裝配的LED燈條。在設計與制作中，應合理安置各個部件的連線和選用微型的接插件。

3 控制單元的軟件設計

圖3 控制單元的實物圖

根據設計要求，設計了具有無線控制功能的應用軟件。如圖4所示，該軟件主要包括主程序、音樂播放子程序、LED花型控制子程序、串口中斷子程序。圖5是主程序的流程圖。

圖4 無線控制軟件的結構方框圖

當無線模塊接收到數據后，經單片機串口發出串口中斷，啟動串口中斷子程序，將數據傳送到數據緩沖區。主程序掃描發現接收的數據，經解碼，調用音樂播放、LED花型控制子程序播放音樂和更新LED琴鍵的花型。單片機的音樂播放問題在參考文獻[3]中有詳細討論，并給出相應的源程序。在此基礎上，編制和調試本控制單元的音樂播放子程序。

圖5 主程序的流程圖

4 控制單元的測試與應用

發光服裝的無線控制單元經實際測試能夠達到預定的設計要求。實驗結果表明上位機與下位機距離在200 m之內能有效實現控制。無線控制響應速度迅捷，可以有效實現樂曲切換或樂譜即時同步控制播放。上述兩種工作模式可以互相切換。下面簡述每種工作模式的具體工作過程。

樂曲切換：能通過無線遙控模塊上A、B、C、D 4個獨立按鍵來選擇播放的曲目，在播放音樂的同時，14路LED音符能與音樂同步。

音符即時同步控制：上位機通過無線通信模塊每發送一個音符，如果接收正常在下位機的串口會產生串口中斷，接收到音符后程序自動播出相應音符，并使對應的14路LED燈條點亮。

本文簡要綜述發光服裝的用途。結合發光演出服裝的實際需要，設計了發光服裝的無線控制單元。在集成開發環境KEIL下用C語言開發了應用程序。實現了上位機與控制單元之間的無線數據傳輸、遙控切換曲目以及樂譜即時同步控制，即能根據當前收到的音符調整LED燈條閃亮狀態與同步播放音樂。

[1]上海桑銳電子科技有限公司.SRWF-1（V6.1）無線模塊使用說明書[Z].2013.

[2]雁翎電子.實驗26PC串口控制單片機流水燈，V1.0[Z].2013.

[3]佚名.單片機音樂播放系統[DB/OL].[2013-11-01]http：//www.doc88.com/p-119719571042.html.