演唱会上万根荧光手环同步控制,它是怎么做到的?

背景

参加海山日月音乐节,对于现场上万的荧光手环,如何能做到同步控制灯光的颜色,和闪动频率,很是好奇,特此研究了一下。

原理

荧光棒内部电路由两块PCB呈L字形拼接而成。其中,主板为荧光棒的灯光控制电路,主要负责控制拼接小板上RGB灯珠的工作状态切换,实现着色、闪烁等多种灯光效果。而拼接小板的作用仅仅只是为了改变RGB灯珠的照明方向,不具备任何额外的电气功能。从荧光棒的电路布局以及醒目的外置天线和红外探头不难看出,这是一款支持远程遥控的场控荧光棒。它可以通过接收外部的控制信号,根据不同的指令来实现多种灯光效果的切换。在电路方面,这款荧光棒共使用了两颗芯片对电路进行驱动控制。然而,可能出于方案保密的原因,这两颗芯片上的丝印都进行了打磨处理,芯片具体型号无法辨别。不过,通过观察芯片与器件之间的连接,可以确定左边采用SOP封装的芯片为电路的主控芯片,右侧采用QFN封装的芯片为超高频(UHF)射频接收芯片,并在这两颗芯片的配合下,可为荧光棒提供两种不同的工作模式,具体工作原理如下图所示。当超高频(UHF)射频接收芯片没有接收到外部控制信号时,主控芯片会根据芯片内部提前预设的程序自行控制灯光。当超高频(UHF)射频接收芯片接收到外部控制信号时,主控芯片会优先处理来自外部的射频控制信号,快速完成颜色、亮度等多种灯光效果的切换。同时,电路中所使用的超高频(UHF)射频接收芯片,也是能够让荧光棒在演唱会此类远距离、复杂堆叠、密集型场景下实现整齐划一控制的关键。一般情况下,射频接收芯片的工作频率在433~950MHz之间,具备高灵敏度和多标签防冲突的特性。在天线增益的加持下,控制信号可实现几十米甚至几百米的覆盖,相较于普通的WiFi和蓝牙,该芯片在信号接收的距离和精度上更具优势。

信号发射端控制流程

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首发链接:https://www.cnblogs.com/lingyejun/p/18366233

### 荧光棒控制电路设计与实现方案 荧光棒演唱会中的应用主要依赖于无线通信技术,其控制电路的设计需要结合射频模块、单片机以及外围驱动电路。以下是对荧光棒控制电路设计的详细分析: #### 1. 射频模块的选择 据引用内容[^1],国内荧光棒使用的频段主要是433MHz和2.4GHz两个频段。433MHz频段通常用于演唱会整体或区域座位的控制,而2.4GHz频段则用于具体到某一座位的精确控制。因此,在设计控制电路时,可以选择支持这两个频段的射频模块,如nRF24L01(适用于2.4GHz)或HT6835(适用于433MHz)。这些模块具有低功耗、高可靠性等特点,适合大规模部署。 #### 2. 单片机的选择 引用内容[^2]提到STM32系列处理器是一种基于ARM Cortex-M架构的32位微控制器,具有丰富的接口和功能扩展能力。在荧光棒控制电路中,可以选用STM32F103C8T6作为主控芯片。该芯片不仅能够满足实时控制需求,还提供了足够的GPIO引脚用于连接LED驱动电路和其他外围设备。 #### 3. 控制电路设计 以下是荧光棒控制电路的主要组成部分及其设计要点: - **电源管理** 荧光棒通常使用纽扣电池供电,因此需要设计高效的电源管理电路以延长电池寿命。可以采用低功耗稳压芯片如AMS1117将电池电压转换为3.3V,供单片机和射频模块使用[^2]。 - **射频收发模块** 据实际需求选择合适的射频模块,并通过SPI接口与单片机进行通信。例如,对于2.4GHz频段,可以使用nRF24L01模块;对于433MHz频段,可以使用SX1231模块[^1]。 - **LED驱动电路** 演唱会荧光棒通常包含RGB三色LED,可以通过PWM信号控制其亮度和颜色。单片机的GPIO引脚可以直接驱动小功率LED,但如果LED数量较多,则需要增加MOS管或恒流驱动芯片来提高驱动能力。 - **舵机控制(可选)** 如果荧光棒需要实现机械运动(如旋转或摆动),可以加入舵机控制电路。舵机通过PWM信号控制角度,单片机可以通过定时器生成精确的PWM波形[^2]。 #### 4. 实现方案示例 以下是一个简单的荧光棒控制程序示例,基于STM32单片机和nRF24L01射频模块: ```c #include "stm32f10x.h" #include "nrf24l01.h" void LED_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); } void Set_LED_Color(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue) { if (red) GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); else GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); if (green) GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); else GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); if (blue) GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); else GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); } int main(void) { LED_Init(); NRF24_Init(); while (1) { uint8_t command = NRF24_ReadCommand(); // 读取射频模块接收的指令 if (command == 0x01) Set_LED_Color(1, 0, 0); // 红色 else if (command == 0x02) Set_LED_Color(0, 1, 0); // 绿色 else if (command == 0x03) Set_LED_Color(0, 0, 1); // 蓝色 } } ``` #### 5. 注意事项 - 在设计荧光棒控制电路时,需考虑成本、功耗和可靠性等因素。 - 射频模块的天线设计对通信距离和稳定性有重要影响,应据实际应用场景选择合适的天线类型。 - 大规模部署时,需确保射频信号不会相互干扰,可通过分时复用或频分复用技术解决[^1]。
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