舞台灯光系统中追光灯自动跟踪功能的实现

舞台灯光系统中追光灯自动跟踪功能的实现

摘要：追光灯作为一种重要的灯光配置，直接影响到舞台的艺术效果。本文介绍的舞台灯光控制系统实现了舞台上利用追光灯来跟踪演员的移动。该系统的实现很好地完成灯光随动功能，降低演出成本，节省人力、物力，完善舞台灯光技术中追光灯的功能和自动化控制的程度。文章介绍了舞台中追光灯控制系统的设计方案的原理、总体结构及特点，并对该系统开发中的一些技术上的实现进行了详细阐述。

关键字：舞台灯光系统 追光灯 鼠标 摄像头

The Realization of Automatic Tracking Function of The Spotlight

Lamp in Stage Lighting System

Abstract：The spotlight lamp, as an important lighting configuration, directly affects the artistic effects of stage.The controlling system of stage lighting introduced in this article achieves to track the actors’ movement by the use of the spotlight lamp.The realization of this system can finish tracking function well, and can reduce the performance cost, and can save human resources and material resources. It also can improved the function of the spotlight lamp in stage lighting skills and the automatic degree.This article introduces the principle, the overall structure and characteristics of the designing proposal of the stage lighting controlling system. It also gives a detailed introduction about the realization of some skills in the system developing.

Key word: System of stage lighting The spotlight lamp Mouse Camera

1 概述

追光灯的运用是舞台艺术中不可或缺的重要手段，达到突出重点、塑造人物形象、烘托环境气氛的目的。本文提出舞台灯光随动系统的一些方案设想及实现的方式。该系统的实现很好地完成灯光随动功能，降低演出成本，节省人力、物力，完善舞台灯光技术中追光灯的功能和自动化控制的程度。

2 舞台追光灯跟踪系统的设计方案

一种实用的舞台灯光随动系统的总体结构如图1所示。利用摄像头与主机的串口（USB）连接，系统运行专用驱动软件后，屏幕上显示出活动的视频图像。屏幕的下端建立一个VB应用软件的界面，设置一些命令控件和状态控件。工作人员根据屏幕上演员的位置情况移动鼠标，将位置信息通过单片机处理部件传送到电脑追光灯来控制光斑对准演员。下面就该方案的软、硬件的设计作一介绍。

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视频图像 VB界面 鼠标 摄像头 RS-232接口 PS2接USB 接口 位置单处片理机部件 RS-485 驱动电路执行部件追光灯 状态输出 舞台 单片机跟踪定位子系统 图1 舞台灯光随动系统

3 单片机跟踪定位子系统的设计

3.1单片机与PS2鼠标（TP8472）、主机接口的电路图（见图2）

图2单片机与PS2鼠标、主机接口的电路图

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3.2单片机与PS/2鼠标的通讯

3.2.1 PS/2鼠标的工作原理

目前大多数计算机与鼠标的连接采用PS/2 协议。其特点：

? 主机与PS/2鼠标之间为双向同步串行通讯，即鼠标可以发送数据到主机，主机也可以

发送数据到鼠标； ? 主机在总线上具有优先控制权。只要将时钟线拉低，任何时候均可以禁止鼠标的发

送； ? 通讯过程中，发送/接受每幀数据所需的时钟信号均由鼠标产生；

? 传送一个字节数据需要11位（一幀）来实现：1个起始位（低电平有效）、8 个数据

位（低位在前）、1个奇校验位和1个停止位（高电平有效）；在DATA线上每传送一位，鼠标下拉一次CLK线； ? 电气接口包括：+5V、电源地及两条信号线（ CLK 时钟信号线和 DATA 数据信号线 ）； ? CLK 时钟信号线和 DATA 数据信号线均为双向、集电极开路结构。端口空闲时，为

高电平；

3.2.2单片机与鼠标的通讯

表1 单片机向鼠标发送命令或叁数的通讯过程

单片机 鼠标 （ 初始状态：CLK 时钟信号线和 DATA 数据信号线均为高电平 ） 1) 把时钟线拉低至少100 微秒（ 主机请求传送 ） 2) 把数据线拉低 （ 起始位 ）

3) 释放时钟线 4) 把时钟线拉低

5) 发送一个数据位 6) 释放时钟线（ 读取一个数据位 ） （ 重复 4-6 步 ，发送剩下的7 个数据位、1个校验位及1个停止位。

发送规律：鼠标拉低时钟线时，主机发送一个数据位；鼠标释放时钟线时，读取一个数据位；）

7) 把数据线拉低

8) 把时钟线拉低

9) 释放数据线和时钟线（ 应答 ）

10) 把时钟线拉低（ 禁止鼠标工作，主机准备接收）

表2 鼠标向单片机发送数据的通讯过程

鼠标 单片机

（ 初始状态：CLK 时钟信号线和 DATA 数据信号线均为高电平 ）

1) 发送一个数据位 2) 把时钟线拉低

3) 释放时钟线（ 读取一个数据位 ）

（ 重复 1-3 步 ，发送8 个数据位、1个校验位及1个停止位。 发送规律：鼠标拉低时钟线时，主机读取一个数据位；鼠标释放时钟线时，发送一个数据位；） 4）把时钟线拉低（ 禁止鼠标发送直到主机准备好接收）

鼠标的工作模式

鼠标有四种标准的工作模式

复位（Reset ）模式：鼠标在加电或收到复位指令FFH后进入该 模式；鼠标执行自检并进行

3

初始化设置。设置的默认值为：采样速率100 采样点 / 秒，分辨率4 个计数值/mm，非自动速度、流模式，禁止数据报告。 然后鼠标回送代码FAH，AAH，00H响应。第一个字节FAH 表示对主机命令的响应；第二个字节AAH 表示完成命令，若为FCH表示出错，主机收到后需要重新给鼠标发复位指令；第三个字节00H表示鼠标的设备号ID。

流（Stream） 模式：Reset 执行后的缺省模式，也是多数软件使用鼠标的模式。流模式中，一旦鼠标检测到位移或按键状态的改变就会发送位移数据包。发送速率可编程，缺省值是100 采样点/秒。主机的EAH命令可以使鼠标从其它模式进入流模式。

遥控（Remote）模式：仅在主机请求数据时鼠标才报告位移和按键状态.主机可通过EBH指令获得数据。

卷绕（Wrap）模式:鼠标收到的每个字节都会回送主机，亦称回声模式。但复位指令FFH及复位卷绕指令ECH作为有效的命令执行。 鼠标的命令描述

PS/2鼠标有16种有效命令。接收系统有效命令后，鼠标控制器首先以FAH代码响应（除重发命令外）。

Hex Code Command EM84502 echo code FF 复位（ Reset ） FA,AA,00 FE 重发（ Resend ） XX,(XX,XX) F6 默认（ Set Default ） FA F5 禁止（ Disable ） FA F4 允许（ Enable ） FA F3 ,XX 采样速率（ Set Sampling Rate ） FA,FA F2 读设备号（ Read Device Type ） FA,00 F0 遥控模式（ Set Remote Mode ） FA EE 卷绕模式（ Set Wrap Mode ） FA EC 复位卷绕模式（Reset Wrap Mode ） FA

EB 读数据（ Read Data ） FA,XX,XX,XX EA 流模式（Set Stream Mode ） FA

E9 状态请求（ Status Request ） FA,XX,XX,XX E8,XX 精度（ Set Resolution ） FA,FA E7 自动速率（ Set Autospeed ） FA E6 复位自动速率（ Reset Autospeed ） FA

鼠标向单片机发送数据的格式

鼠标控制器（TP8452、TO8472 等）检测到滚轮或按键动作时，就向主机发送3字节数据（位移数据包），其格式见表3。

表3 鼠标控制器的位移数据包格式

字节 位 描述

1 0 左键状态：1=按下

1 右键状态：1=按下

2 中键状态：1=按下

3 保留

4 X数据符号：1=负 5 Y数据符号：1=负 6 X数据溢出：1=负

4

7 Y数据溢出：1=负 2 0-7 X数据（D0-D7）

单片机对鼠标控制器的初始化编程

单片机向鼠标控制器发送复位指令FFH，待收到鼠标的响应字节FAH，AAH，00H后再设置鼠标的工作参数，或直接使用默认参数，最后发送激活指令F4H，即可使鼠标开始工作。 单片机与鼠标控制器的通讯 该系统中单片机用89C51（ 其它如89C2051等均可 ），与鼠标控制器的通讯采用查询方式，程序流程图如下（图3）：

3 0-7 Y数据（D0-D7）

图3 通讯程序流程图

参考书目：

[1] 《通信设备接口协议手册》编写组编, 通信设备接口协议手册，人民邮电出版社，2005.2.1 [2] 《通信设备接口协议与技术标准应用手册》编委会，通信设备接口协议与技术标准应用手册，中国知识出版社，2006.9

[3] 王炜，崔炳哲，通信协议技术，科学出版社，2004.01.01

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/huyw.html