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基于STM32舞台彩灯控制器设计app控制系统

news 2025/9/24 11:43:49

基于STM32舞台彩灯控制器设计APP控制系统

1 功能介绍

舞台灯光在演出、晚会和各种表演活动中扮演着极为重要的角色，它不仅能够提供必要的照明，还能通过光影效果渲染氛围、突出人物和场景。本设计以STM32F103C8T6单片机为核心，构建了一套舞台彩灯控制器系统，能够通过手机APP远程控制，实现多种模式切换与灯光效果调节，结合红外传感器与舵机实现灯光角度自动调整，达到智能化舞台灯光控制的目标。

系统整体功能如下：

彩灯控制：采用WS2812RGB智能彩灯，支持多种颜色与动态模式，用户可通过APP设定亮度、颜色及切换方式；
手机APP控制：通过蓝牙模块实现与手机的无线通信，用户可在APP上设置彩灯参数，如时间、亮度、颜色以及舵机角度；
自动角度调节：系统集成红外传感器，可感应舞台上的演员位置或动作，根据传感器反馈信号驱动舵机实现灯光角度的自动调节；
舵机控制：通过PWM信号调节舵机角度，使灯光能够灵活调整照射方向，实现“跟随效果”；
多模式运行：既可通过手动方式（APP控制）设定灯光效果，也可自动模式运行，由传感器感知环境并自动调整。

该系统结合了嵌入式控制、智能灯光与无线通信技术，能够在舞台环境中提供灵活、便捷、智能的灯光控制方案。

2 系统电路设计

整个系统的电路设计以STM32单片机为核心，扩展了彩灯驱动电路、蓝牙通信模块、红外传感器模块、舵机驱动模块和电源电路。以下对各模块逐一说明。

2.1 主控芯片电路（STM32F103C8T6最小系统）

STM32F103C8T6单片机作为控制核心，负责采集传感器数据、处理APP指令、生成PWM信号以及控制彩灯模式。最小系统包括：

时钟电路：外接8MHz晶振，保证MCU的高速与稳定运行；
复位电路：通过按键和上电复位电路，确保系统在异常后恢复正常；
电源电路：提供稳定的3.3V电源，满足STM32和其他外设的工作需求。

2.2 WS2812RGB彩灯电路

WS2812RGB是一种带有内置控制电路的智能LED灯，每颗灯珠可以独立控制亮度和颜色，数据通过单线串行方式传输。STM32只需通过一个GPIO口输出时序信号即可驱动多颗灯珠，实现舞台灯光的动态效果。

2.3 蓝牙通信电路

采用HC-05蓝牙模块与STM32的UART接口连接，实现与手机APP的无线通信。蓝牙模块负责接收APP发送的指令，并传输至单片机进行解析，进而控制彩灯与舵机。

2.4 红外传感器电路

红外传感器用于检测舞台上目标的移动或位置变化。当检测到演员的活动范围时，传感器将信号输入至STM32，系统通过算法调整舵机角度，使灯光能够自动跟随目标，提升舞台表现力。

2.5 舵机驱动电路

舵机用于调节彩灯的照射角度，STM32通过定时器输出PWM信号控制舵机的旋转角度。红外传感器提供反馈信号，MCU根据算法实时调整舵机位置，实现“自动追踪照明”。

2.6 电源电路

整个系统由5V直流电源供电，其中：

WS2812RGB和彩灯部分直接使用5V电源；
STM32与蓝牙模块使用3.3V稳压电路供电；
舵机则根据型号直接由5V供电。
电源部分设计了滤波与保护电路，保证在大电流工作条件下的系统稳定性。

3 程序设计

程序设计是系统实现的关键部分，主要包括APP指令解析、彩灯控制、舵机控制、传感器数据采集和自动模式实现。

3.1 主程序设计

主程序负责系统初始化，并在循环中根据传感器状态与APP指令执行相应功能。

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "ws2812.h"
#include "servo.h"
#include "infrared.h"
#include "bluetooth.h"
#include "delay.h"int main(void)
{SystemInit();USART1_Init(9600);WS2812_Init();Servo_Init();Infrared_Init();while(1){// 接收APP指令Bluetooth_ReceiveCommand();// 自动模式if(Infrared_Detected()){Servo_AdjustAngle();}Delay_ms(50);}
}

3.2 彩灯控制程序

彩灯的模式控制包括静态颜色、渐变、闪烁和流水灯效果，均通过发送不同的时序数据至WS2812灯珠实现。

void WS2812_SetColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
{for(int i=0;i<LED_COUNT;i++){WS2812_SendData(r,g,b);}
}

3.3 舵机控制程序

舵机通过PWM波控制转动角度。

void Servo_SetAngle(uint16_t angle)
{TIM_SetCompare1(TIM3, angle); // 通过占空比对应舵机角度
}

3.4 红外传感器程序

红外传感器检测信号后，系统自动调整舵机角度，模拟追随灯光效果。

uint8_t Infrared_Detected(void)
{if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0)return 1;elsereturn 0;
}

3.5 蓝牙通信程序

蓝牙接收APP指令后进行解析，例如控制颜色、亮度、舵机角度等。

void Bluetooth_ReceiveCommand(void)
{char cmd[20];if(USART_ReceiveString(cmd)){if(strcmp(cmd,"RED")==0) WS2812_SetColor(255,0,0);else if(strcmp(cmd,"GREEN")==0) WS2812_SetColor(0,255,0);else if(strcmp(cmd,"BLUE")==0) WS2812_SetColor(0,0,255);else if(strncmp(cmd,"ANGLE",5)==0){int angle = atoi(&cmd[6]);Servo_SetAngle(angle);}}
}