一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统技术方案

一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统，UWB定位系统中，标签与目标绑定在一起，标签与基座之间通信连接，基站与定位子系统连接，定位子系统包括用于对基站进行标定的标定模块、用于将基站采集的标签位置信息间接获目标的位置参数并将该位置参数上传到上位机系统的定位模块；上位机系统包括用于将位置参数进行解算并转换为射灯的控制参数的定位控制模块，用于将控制参数传输到射灯电路控制系统的定位传输模块；射灯驱动电路控制系统包括用于接收上位机控制系统发送的控制参数并将控制参数转换为脉冲指令的控制参数转换模块和用于依据脉冲指令执行控制实现射灯旋转和仰俯控制的驱动电路。本发明专利技术成本较低、工作量小、安全性较高、布线网络简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统
本专利技术涉及舞台灯光自动定位跟踪系统，更具体的说，一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统。
技术介绍
目前常见的灯光控制技术有最原始的控制技术、模拟灯光控制技术、数字灯光控制技术。最原始的灯光控制技术通俗的讲就是纯人工的控制方式；在舞台的四周布置着各种类型的手动开关，每一个灯的控制都需要人工进行完成，控制人员的工作量较大，且事先要记好灯光开关的时间和顺序。这种控制方式需要铺设大量的灯线，不仅工作量大而且不利于舞台的美观。原始控制方式中只能够实现对灯开关的控制，不能够调节灯光的亮度。模拟灯光控制技术能够在控制过程中，调光台利用模拟电子信号，实现对可控硅导通角的控制，从而实现对灯光亮度的控制。目前该技术在一些中小型的舞台演出中具有较多的应用，为后续数字化灯光控制方式的产生奠定了基础。模拟调光方式主要有推杆、调光回路和信号线等部分组成，且他们需要一一对应。对于一个大型舞台来说，如果需要实现对500个灯的控制，那么就需要设计500个调光回路，使用500个推杆调光台和500条信号控制线，这是非常庞大的电路系统，因此这种控制方式只能够在小型舞台灯光控制中应用。数字灯光控制技术仍然采用可控硅实现对灯光明暗的调节，其控制系统由一台计算机，传输信号的信号线等组成。数据传输过程中采用采用多路串行方式，推杆和调光器可以采用多对多的方式。数字化技术降低了灯光控制系统中的回路，为大型舞台灯光的设计奠定了基础。数字灯光控制系统跟其他两种控制系统相比其功能更加强大，能够实现对任何舞台灯光控制系统的控制，且控制精度较高。DMX是多路数字传输的英文首字母简写，采用了工业控制标准EIA485来实现对灯光信号的传输，在信号传输过程中通过高低电平进行信息的传播。为了避免数字信号传输过程中受到环境中其它信号的干扰，其传输线路采用了双绞屏蔽线，且不同功能的导线使用不同的颜色，避免线路连接中出现错误。在以上的灯光控制方法中，无论是原始控制方式，模拟控制方式还是数字控制方式，灯光的照射方向都是需要通过人工控制才能实现；甚至在整个表演期间，需要工作人员在舞台顶端纯人工控制灯的照射方向；这样的控制方式大大增强了工作人员的工作量，而且将舞台的布置复杂化；这样的控制方式更是提高了整个舞台工作的成本；而且降低了人员的安全性。目前，现有的室内定位技术主要有：射频识别定位、蓝牙定位、超声波定位、ZigBee技术等技术。射频识别定位技术操作简单，实现起来比较方便，其系统受环境干扰小，电子标签信息可以编辑改写比较灵活，能够轻易穿透人体和墙体,覆盖区域较大。但是这种操作系统不具备良好的通信能力，而且对信噪比要求较高。蓝牙定位技术具有设备体积小，易集成，易普及，低功耗等优点，但是传输距离短，在复杂的环境中稳定性较差，定位精度不高。超声波定位精度可达到厘米级，精度比较高，但在传输过程中衰减明显，容易受外界的干扰，从而影响其定位有效范围。ZigBee技术低功耗、低成本，其定位精在2米左右；但是其网络稳定性较差，非常容易受环境干扰。以上定位方式均不能有效适用于舞台灯光定位跟踪系统。
技术实现思路
为了克服已有的灯光控制技术所具有的成本高、工作量大、安全性低、布线网络复杂的缺陷，本专利技术提供了一种成本较低、工作量小、安全性较高、布线网络简单的基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统，能够在没有人的干预情况下，根据目标所在的位置，将灯光自动地打到目标上，实现灯光自动控制的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统，包括用于实时采集目标位置信息的UWB定位系统、用于实现计算机控制使得射灯对准目标并给出射灯控制参数的上位机系统和用于控制射钉的射灯驱动电路控制系统；所述UWB定位系统包括基站和标签，所述标签与目标绑定在一起，所述标签与所述基座之间通信连接，所述基站与定位子系统连接，所述定位子系统包括用于对基站进行标定的标定模块、用于将基站采集的标签位置信息间接获得目标的位置参数并将该位置参数上传到上位机系统的定位模块；所述上位机系统包括用于将位置参数进行解算并转换为射灯的控制参数的定位控制模块，用于将控制参数传输到射灯电路控制系统的定位传输模块；所述射灯驱动电路控制系统包括用于接收上位机控制系统发送的控制参数并将控制参数转换为脉冲指令的控制参数转换模块和用于依据脉冲指令执行控制实现射灯旋转和仰俯控制的驱动电路。进一步，所述UWB定位系统中，基站有至少三个。再进一步，所述定位子系统为STM32系统。更进一步，所述控制参数转换模块为单片机。本专利技术的技术构思为：超宽带(UWB)定位技术是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上)，发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无载波无线定位技术。这种定位技术定位精度为厘米级，而且抗干扰能力非常强。以上定位技术各有各的特点，在不同的场合将选择不同的定位方式。由于舞台本身是一个不稳定、复杂，干扰因素多的场合，对目标要求定位精度较高，而且需要较高的抗干扰能力，因此在专利技术中将采用UWB定位技术。本专利技术的有益效果主要表现在：1、能够实现灯光的自动跟踪功能，相比于原始灯光控制技术，本方法能更好的提高了灯光控制系统的智能化水平，对于高速运动的目标具有较高的灯光定位跟踪精度；2、能够提高工作人员的安全性，以及减小了工作人员的工作量和提高了工作效率；3、编写的上位机系统使得整个定位灯光跟踪系统能够适用于不同的舞台场景。附图说明图1是舞台灯光定位跟踪系统的机构框图，图中，1-基站；2-标签；3-上位机系统；4-射灯驱动电路控制系统；5-射灯。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1，一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统，包括用于实时采集目标位置信息的UWB定位系统、用于实现计算机控制使得射灯对准目标并给出射灯控制参数的上位机系统3和用于控制射钉的射灯驱动电路控制系统4；所述UWB系统可由4个基站，20个标签以及STM32系统组成；在基站和标签中全部采用DWM1000芯片模块采集和发送数据。针对不同的舞台在使用本专利技术前都需要对每一个基站进行标定；标定完成后，基站位置将不能变动，否则需要对基站进行重新标定。将标签与目标放在一起，这样便可以通过采集标签的位置参数间接获得目标的位置参数；标签主要作为信标发送位置参数，基站则用于接收位置参数。基于STM32的控制系统对基站通过总线传输过来的数据进行处理，并最终通过基站将处理后的位置参数发送给上位机系统；所述的上位机系统3能够将基站传输过来的位置参数进行解算，然后通过算法转换为射灯的控制参数，如射灯的旋转角度，控制角度等。然后将控制参数传输给射灯电路控制系统。此外，上位机需要对标签和射灯进行匹配设置，如2号灯需要跟随1号标签，3号灯跟随2号灯等的配置。所述的上位机系统因此能够通过计算机实现对不同的舞台场景进行设置，使得整个系统具有较好的适应性，人机互动性等；所述射灯驱动电路控制系统4用来控制射灯，由驱动电路和单片机组成；驱动电路主要是通过单片机5V的输入，转化为220V的输出；这里的单片机系统主要根据上位机系统通过SPI总线传送的转换控制指令输出相应的脉冲指令，然后通过发送给射灯的驱动电路实现射灯的左右旋转、上下摆动。当目标位置变化时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统，其特征在于：包括用于实时采集目标位置信息的UWB定位系统、用于实现计算机控制使得射灯对准目标并给出射灯控制参数的上位机系统和用于控制射钉的射灯驱动电路控制系统；所述UWB定位系统包括基站和标签，所述标签与目标绑定在一起，所述标签与所述基座之间通信连接，所述基站与定位子系统连接，所述定位子系统包括用于对基站进行标定的标定模块、用于将基站采集的标签位置信息间接获得目标的位置参数并将该位置参数上传到上位机系统的定位模块；所述上位机系统包括用于将位置参数进行解算并转换为射灯的控制参数的定位控制模块，用于将控制参数传输到射灯电路控制系统的定位传输模块；所述射灯驱动电路控制系统包括用于接收上位机控制系统发送的控制参数并将控制参数转换为脉冲指令的控制参数转换模块和用于依据脉冲指令执行控制实现射灯旋转和仰俯控制的驱动电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB的舞台灯光定位跟踪系统，其特征在于：包括用于实时采集目标位置信息的UWB定位系统、用于实现计算机控制使得射灯对准目标并给出射灯控制参数的上位机系统和用于控制射钉的射灯驱动电路控制系统；所述UWB定位系统包括基站和标签，所述标签与目标绑定在一起，所述标签与所述基座之间通信连接，所述基站与定位子系统连接，所述定位子系统包括用于对基站进行标定的标定模块、用于将基站采集的标签位置信息间接获得目标的位置参数并将该位置参数上传到上位机系统的定位模块；所述上位机系统包括用于将位置参数进行解算并转换为射灯的控制参数的定位控制模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆华，都明宇，王志恒，荀一，鲍官军，
申请(专利权)人：义乌敦仁智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33