本發(fā)明涉及舞臺燈光自動定位跟蹤系統(tǒng)，更具體的說，一種基于uwb的舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)。

背景技術：

目前常見的燈光控制技術有最原始的控制技術、模擬燈光控制技術、數(shù)字燈光控制技術。最原始的燈光控制技術通俗的講就是純人工的控制方式；在舞臺的四周布置著各種類型的手動開關，每一個燈的控制都需要人工進行完成，控制人員的工作量較大，且事先要記好燈光開關的時間和順序。這種控制方式需要鋪設大量的燈線，不僅工作量大而且不利于舞臺的美觀。原始控制方式中只能夠實現(xiàn)對燈開關的控制，不能夠調節(jié)燈光的亮度。

模擬燈光控制技術能夠在控制過程中，調光臺利用模擬電子信號，實現(xiàn)對可控硅導通角的控制，從而實現(xiàn)對燈光亮度的控制。目前該技術在一些中小型的舞臺演出中具有較多的應用，為后續(xù)數(shù)字化燈光控制方式的產生奠定了基礎。模擬調光方式主要有推桿、調光回路和信號線等部分組成，且他們需要一一對應。對于一個大型舞臺來說，如果需要實現(xiàn)對500個燈的控制，那么就需要設計500個調光回路，使用500個推桿調光臺和500條信號控制線，這是非常龐大的電路系統(tǒng)，因此這種控制方式只能夠在小型舞臺燈光控制中應用。

數(shù)字燈光控制技術仍然采用可控硅實現(xiàn)對燈光明暗的調節(jié)，其控制系統(tǒng)由一臺計算機，傳輸信號的信號線等組成。數(shù)據(jù)傳輸過程中采用采用多路串行方式，推桿和調光器可以采用多對多的方式。數(shù)字化技術降低了燈光控制系統(tǒng)中的回路，為大型舞臺燈光的設計奠定了基礎。數(shù)字燈光控制系統(tǒng)跟其他兩種控制系統(tǒng)相比其功能更加強大，能夠實現(xiàn)對任何舞臺燈光控制系統(tǒng)的控制，且控制精度較高。

dmx是多路數(shù)字傳輸?shù)挠⑽氖鬃帜负唽懀捎昧斯I(yè)控制標準eia485來實現(xiàn)對燈光信號的傳輸，在信號傳輸過程中通過高低電平進行信息的傳播。為了避免數(shù)字信號傳輸過程中受到環(huán)境中其它信號的干擾，其傳輸線路采用了雙絞屏蔽線，且不同功能的導線使用不同的顏色，避免線路連接中出現(xiàn)錯誤。

在以上的燈光控制方法中，無論是原始控制方式，模擬控制方式還是數(shù)字控制方式，燈光的照射方向都是需要通過人工控制才能實現(xiàn)；甚至在整個表演期間，需要工作人員在舞臺頂端純人工控制燈的照射方向；這樣的控制方式大大增強了工作人員的工作量，而且將舞臺的布置復雜化；這樣的控制方式更是提高了整個舞臺工作的成本；而且降低了人員的安全性。

目前，現(xiàn)有的室內定位技術主要有：射頻識別定位、藍牙定位、超聲波定位、zigbee技術等技術。

射頻識別定位技術操作簡單，實現(xiàn)起來比較方便，其系統(tǒng)受環(huán)境干擾小，電子標簽信息可以編輯改寫比較靈活，能夠輕易穿透人體和墻體,覆蓋區(qū)域較大。但是這種操作系統(tǒng)不具備良好的通信能力，而且對信噪比要求較高。

藍牙定位技術具有設備體積小，易集成，易普及，低功耗等優(yōu)點，但是傳輸距離短，在復雜的環(huán)境中穩(wěn)定性較差，定位精度不高。

超聲波定位精度可達到厘米級，精度比較高，但在傳輸過程中衰減明顯，容易受外界的干擾，從而影響其定位有效范圍。

zigbee技術低功耗、低成本，其定位精在2米左右；但是其網絡穩(wěn)定性較差，非常容易受環(huán)境干擾。

以上定位方式均不能有效適用于舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服已有的燈光控制技術所具有的成本高、工作量大、安全性低、布線網絡復雜的缺陷，本發(fā)明提供了一種成本較低、工作量小、安全性較高、布線網絡簡單的基于uwb的舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)，能夠在沒有人的干預情況下，根據(jù)目標所在的位置，將燈光自動地打到目標上，實現(xiàn)燈光自動控制的方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于uwb的舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)，包括用于實時采集目標位置信息的uwb定位系統(tǒng)、用于實現(xiàn)計算機控制使得射燈對準目標并給出射燈控制參數(shù)的上位機系統(tǒng)和用于控制射釘?shù)纳錈趄寗与娐房刂葡到y(tǒng)；

所述uwb定位系統(tǒng)包括基站和標簽，所述標簽與目標綁定在一起，所述標簽與所述基座之間通信連接，所述基站與定位子系統(tǒng)連接，所述定位子系統(tǒng)包括用于對基站進行標定的標定模塊、用于將基站采集的標簽位置信息間接獲得目標的位置參數(shù)并將該位置參數(shù)上傳到上位機系統(tǒng)的定位模塊；

所述上位機系統(tǒng)包括用于將位置參數(shù)進行解算并轉換為射燈的控制參數(shù)的定位控制模塊，用于將控制參數(shù)傳輸?shù)缴錈綦娐房刂葡到y(tǒng)的定位傳輸模塊；

所述射燈驅動電路控制系統(tǒng)包括用于接收上位機控制系統(tǒng)發(fā)送的控制參數(shù)并將控制參數(shù)轉換為脈沖指令的控制參數(shù)轉換模塊和用于依據(jù)脈沖指令執(zhí)行控制實現(xiàn)射燈旋轉和仰俯控制的驅動電路。

進一步，所述uwb定位系統(tǒng)中，基站有至少三個。

再進一步，所述定位子系統(tǒng)為stm32系統(tǒng)。

更進一步，所述控制參數(shù)轉換模塊為單片機。

本發(fā)明的技術構思為：超寬帶(uwb)定位技術是一種傳輸速率高(最高可達1000mbps以上)，發(fā)射功率較低，穿透能力較強并且是基于極窄脈沖的無載波無線定位技術。這種定位技術定位精度為厘米級，而且抗干擾能力非常強。

以上定位技術各有各的特點，在不同的場合將選擇不同的定位方式。由于舞臺本身是一個不穩(wěn)定、復雜，干擾因素多的場合，對目標要求定位精度較高，而且需要較高的抗干擾能力，因此在發(fā)明中將采用uwb定位技術。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：1、能夠實現(xiàn)燈光的自動跟蹤功能，相比于原始燈光控制技術，本方法能更好的提高了燈光控制系統(tǒng)的智能化水平，對于高速運動的目標具有較高的燈光定位跟蹤精度；2、能夠提高工作人員的安全性，以及減小了工作人員的工作量和提高了工作效率；3、編寫的上位機系統(tǒng)使得整個定位燈光跟蹤系統(tǒng)能夠適用于不同的舞臺場景。

附圖說明

圖1是舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)的機構框圖，圖中，1-基站；2-標簽；3-上位機系統(tǒng)；4-射燈驅動電路控制系統(tǒng)；5-射燈。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1，一種基于uwb的舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)，包括用于實時采集目標位置信息的uwb定位系統(tǒng)、用于實現(xiàn)計算機控制使得射燈對準目標并給出射燈控制參數(shù)的上位機系統(tǒng)3和用于控制射釘?shù)纳錈趄寗与娐房刂葡到y(tǒng)4；

所述uwb系統(tǒng)可由4個基站，20個標簽以及stm32系統(tǒng)組成；在基站和標簽中全部采用dwm1000芯片模塊采集和發(fā)送數(shù)據(jù)。針對不同的舞臺在使用本發(fā)明前都需要對每一個基站進行標定；標定完成后，基站位置將不能變動，否則需要對基站進行重新標定。將標簽與目標放在一起，這樣便可以通過采集標簽的位置參數(shù)間接獲得目標的位置參數(shù)；標簽主要作為信標發(fā)送位置參數(shù)，基站則用于接收位置參數(shù)?；趕tm32的控制系統(tǒng)對基站通過總線傳輸過來的數(shù)據(jù)進行處理，并最終通過基站將處理后的位置參數(shù)發(fā)送給上位機系統(tǒng)；所述的上位機系統(tǒng)3能夠將基站傳輸過來的位置參數(shù)進行解算，然后通過算法轉換為射燈的控制參數(shù)，如射燈的旋轉角度，控制角度等。然后將控制參數(shù)傳輸給射燈電路控制系統(tǒng)。此外，上位機需要對標簽和射燈進行匹配設置，如2號燈需要跟隨1號標簽，3號燈跟隨2號燈等的配置。所述的上位機系統(tǒng)因此能夠通過計算機實現(xiàn)對不同的舞臺場景進行設置，使得整個系統(tǒng)具有較好的適應性，人機互動性等；所述射燈驅動電路控制系統(tǒng)4用來控制射燈，由驅動電路和單片機組成；驅動電路主要是通過單片機5v的輸入，轉化為220v的輸出；這里的單片機系統(tǒng)主要根據(jù)上位機系統(tǒng)通過spi總線傳送的轉換控制指令輸出相應的脈沖指令，然后通過發(fā)送給射燈的驅動電路實現(xiàn)射燈的左右旋轉、上下擺動。當目標位置變化時，射燈的相應控制參數(shù)也隨之變化；因此本發(fā)明能夠實現(xiàn)燈光自動跟蹤目標功能。

本實施例的舞臺燈光定位跟蹤系統(tǒng)，基站1和標簽2組成了uwb定位系統(tǒng)；針對不同的舞臺場景，首先需要對uwb定位系統(tǒng)的基站1進行標定，而且標定的精度將直接影響整個系統(tǒng)的定位精度；基站1一旦標定完成，基站1位置將不能改變，否則將對基站1進行重新標定；標簽2和目標綁定在一起，這樣便可以測得目標的位置參數(shù)；標簽2標簽將目標的位置信息發(fā)送給基站1，然后基站將采集過來的位置信息經單片機解算后發(fā)送給上位機系統(tǒng)3；上位機系統(tǒng)3將基站輸入的數(shù)據(jù)進行處理轉化為射燈驅動電路控制系統(tǒng)4的輸入數(shù)據(jù)；射燈驅動電路控制系統(tǒng)4根據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出相應的射燈控制指令從而實現(xiàn)對射燈的旋轉，上下控制。