CN109922560A - 一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统 - Google Patents

一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统，包括：系统主机和若干子控制器；系统主机包括ADC信号采集模块、CAN信号接收模块、MCU主控制器、LIN信号输出模块；ADC信号采集模块实时采集音乐信号，并对音乐信号进行数字化的量化编码；CAN信号接收模块将量化编码定义到CAN协议中，经车载CAN/LIN系统抽样为LIN控制指令；MCU主控制器接收LIN控制指令，进行处理并输出控制信号；LIN信号输出模块将控制信号发送至子控制器；子控制器为氛围灯控制模块，每一子控制器均设有LIN信号接收接口。本发明通过CAN总线与汽车车身系统连接，将车载DVD的音频信号直接用于氛围灯的音乐律动控制，使得氛围灯的颜色和亮度随着音乐律动实时同步变化，烘托车内氛围，增强视觉享受。

Description

一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统
技术领域
本发明涉及一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统。
背景技术
随着家用汽车的普及，人们对驾驶过程中的体验提出了越来越高的需求，车载氛围灯是一种创建和装饰室内灯光场景功能的汽车室内照明系统。现有汽车对车载氛围灯的控制大多数为整车车身控制，控制方法和控制方式单一，增加或减少氛围灯总数需要对所有节点的车载控制协议进行修改，且同样的系统功能移植到另外一款车型后需要对协议进行整体修改，以适应新车型的自有上层协议。
而现如今普及的汽车，车内都会安装车载DVD，作为给车内乘坐人员提供的影音娱乐的多媒体播放系统。车载氛围灯要达到提高车内氛围的效果，一般通过改变氛围灯的颜色和光亮强度实现，还需具有一定的律动效果。因此，如何提供一种可移植性好、能够实时同步车载DVD音乐信号的具有律动控制功能的车载氛围灯系统成为了业界需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是为使车载氛围灯达到更好的娱乐视听效果，将车载DVD音乐信号与车载氛围灯建立联系，车载氛围灯按照DVD音频信号输出实现音乐律动，改变氛围灯发出的光强与色度，烘托车内氛围，增强视觉享受，改善汽车的驾驶体验，提高整车的档次；而提出一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统，其包括：系统主机和若干子控制器；
系统主机包括ADC信号采集模块、CAN信号接收模块、MCU主控制器、LIN信号输出模块；
ADC信号采集模块用于实时采集音乐信号，并对音乐信号进行数字化的量化编码；CAN信号接收模块被配置为将量化编码定义到CAN协议中，经车载CAN/LIN系统抽样为LIN控制指令；MCU主控制器接收LIN控制指令，进行处理并输出控制信号；LIN信号输出模块被配置为将控制信号发送至子控制器；
子控制器为氛围灯控制模块，每一子控制器均设有LIN信号接收接口。
本发明中，通过CAN总线与汽车车身控制器相连接，将车载DVD的音频信号直接用于氛围灯的音乐律动控制，使得氛围灯的颜色和亮度随着音乐律动实时同步变化，烘托车内氛围，增强视觉享受，改善汽车的驾驶体验，提高整车的档次。
本发明中，ADC信号采集模块实时采集音乐信号，对音乐进行特征提取，提取到可利用的音乐特征信号例如幅值与频率信号，这里对音乐信号进行整流，将音乐幅值特征信号转换为多个幅值衰减信号的叠加其中τ为时间常数，n代表每次声响产生的位置，即节奏信息，An为当前节奏的幅值信息，在一个节奏周期Δn内，信号发生指数衰减，再对重新定义的音乐特征信号进行数字化的量化编码，根据MCU的参考电平和ADC的精度，均分出每一个数字量对应的信号值；CAN信号接收模块被配置为将量化编码定义到CAN协议中，发送扩展格式数据帧，即31位仲裁段，易于集成到整车协议中，避免整车协议的位数不够，从而适用于不同车型。
本发明中，系统主机中设置CAN总线接收端口，与上层CAN总线相连接，将接收到的音频信号进行数字化的量化编码，再将量化编码定义到CAN协议中，经车载CAN/LIN系统抽样为LIN控制指令；从而使得LIN信号的输出能够控制子控制器中的氛围灯作出相应的变化，实现律动控制。本发明，通过CAN总线传输的方式与车身系统连接，进一步增加了氛围灯系统的可移植性。本发明中的多个子控制器对氛围灯进行分别控制，使得每个氛围灯的控制能够根据LIN控制指令分别控制，而不是现有的单一的控制方式，因此实现了每个氛围灯不同律动变化的控制。
根据本发明另一具体实施方式，ADC信号采集模块被配置为将音乐信号转化为直流波形输出的线性模拟量，线性模拟量的最大值为5V，最小值为0V。
根据本发明另一具体实施方式，音乐信号为车载DVD的音频信号。
根据本发明另一具体实施方式，CAN信号接收模块还包括用于接收汽车控制系统发出的控制指令的指令接收模块，控制指令为控制MCU主控制器的信号接收操作的指令。
根据本发明另一具体实施方式，系统主机进一步包括按键接口，按键接口为与MCU主控制器电性连接的按键。
根据本发明另一具体实施方式，系统主机还包括音量模块，音量模块包括LM358双运算放大器和整流电路。
根据本发明另一具体实施方式，MCU主控制器输出的控制信号为PWM控制信号。
根据本发明另一具体实施方式，子控制器包括LIN信号接收模块，和RGB_LED驱动电路；RGB-LED驱动电路为PWM模式驱动电路。
根据本发明另一具体实施方式，RGB_LED驱动电路为共阳方式驱动，RGB_LED的阳极连接5V电源，RGB_LED的阴极连接MCU主控制器PWM的输出。
根据本发明另一具体实施方式，RGB-LED驱动电路包括颜色控制和亮度渐变控制。
与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：
本发明由系统主机和多个子控制器组成，各个子控制器均通过LIN接口与系统主机进行收发信号，并配合设置各种接口，使得氛围灯的控制信号不在系统总线上传输，传感设备信号对氛围灯的自定义控制算法在本地实现，有效提高氛围灯控制系统的控制多样性、实时性、可扩展性、灵活性和可移植性。
本发明中的音乐信号直接为车载DVD的音频信号，并且系统主机与汽车车身控制系统通过CAN总线连接和信号传输，进一步增加了氛围灯系统的可移植性。
本发明通过配置音量模块，将音乐信号转为支流幅值衰减变化信号，通过ADC信号采集模块采样后传给MCU主控制器控制PWM输出，实现颜色渐变效果。
本发明中，每个子控制器相互独立，设备的增减对其他节点没有影响。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是实施例1的实时音乐律动控制的车载氛围灯系统的总体结构图；
图2是实施例1的实时音乐律动控制的车载氛围灯系统的系统主机架构示意图；
图3是实施例1的实时音乐律动控制的车载氛围灯系统的音乐特征信号提取的电路连接图；
图4是实施例1的实时音乐律动控制的车载氛围灯系统的音量模块的输出信号波形图；
图5是实施例1的实时音乐律动控制的车载氛围灯系统的软件控制图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统，如图1-4所示，其包括：系统主机和若干子控制器。
参见图1和图2，系统主机包括ADC信号采集模块、CAN信号接收模块、MCU主控制器、LIN信号输出模块。ADC信号采集模块用于实时采集音乐信号，并对音乐进行特征提取，提取到可利用的音乐特征信号例如幅值与频率信号，对音乐信号进行整流，将音乐幅值特征信号转换为多个幅值衰减信号的叠加其中τ为时间常数，n代表每次声响产生的位置，即节奏信息，An为当前节奏的幅值信息，在一个节奏周期Δn内，信号发生指数衰减，再对重新定义的音乐特征信号进行数字化的量化编码，根据MCU的参考电平和ADC的精度，均分出每一个数字量对应的信号值；CAN信号接收模块被配置为将量化编码定义到CAN协议中，发送扩展格式数据帧，即31位仲裁段，易于集成到整车协议中，经车载CAN/LIN系统抽样为LIN控制指令；MCU主控制器接收LIN控制指令，进行处理并输出控制信号；LIN信号输出模块被配置为将控制信号发送至子控制器。ADC信号采集模块被配置为将音乐信号转化为直流波形输出的线性模拟量，线性模拟量的最大值为5V，最小值为0V。音乐信号为车载DVD的音频信号，直接使用车载DVD的音频信号用于氛围灯系统的音乐律动控制。CAN信号接收模块还包括用于接收汽车控制系统发出的控制指令的指令接收模块，控制指令为控制MCU主控制器的信号接收操作的指令。系统主机接收到汽车控制系统发出的氛围灯开启信号后，MCU主控制器进行音乐信号的采集和处理，使得氛围灯系统进入工作状态。系统主机进一步包括按键接口，按键接口为与MCU主控制器电性连接的按键，按键在系统主机程序中可配置为氛围灯系统等功能的系统级控制，也可以配置具有其他功能的按键接口。
参见图3，为系统音乐特征信号提取的硬件电路图，留出接口PIN1和PIN2，PIN1端口接音乐信号模拟量输入，PIN2端口为音乐节奏幅值衰减信号提取输出，PIN2中的AO口接入主控制器MCU的ADC端，进行量化编码。系统主机还包括音量模块，音量模块包括LM358双运算放大器和整流电路。音量模块将音频信号转为直流波形输出的线性模拟量，使输出的波形最大值为5V，最小值为0V，使得音频信号出现峰值时，电压抬升至5V。若没有声音，则电压随时间缓慢衰减。
参见图4，从车载DVD音频信号输入波形，如果直接用音频信号控制灯光颜色变化，则颜色变化频繁，并且没有较好的节奏性。在添加音量模块后，音量模拟信号输出波形如图4所示，波峰接近3.3V，波谷接近0V，能明显看到波形随音乐节奏，律动变化。MCU主控制器输出的控制信号为PWM控制信号。车载氛围灯系统通过接收音乐信号，并将音乐信号转为支流幅值衰减变化信号，通过ADC采样后传给MCU控制器控制PWM输出。
参见图5，本实施例提供一种典型方案，用户也可以根据自己的需求自定义软件控制方案。首先采集音量模块的电压，通过主控制器的MCU中的一路12位ADC，使0-5V的电压值转为0-数字量adc_value。以中断的方式，每10ms循环发送一次LIN信号，即MCU主控制器采集到的音量模块的电压，根据AD转换后的数字量，按比例改变PWM占空比(R分量占空比增加，RB分量占空比减小)。通过调整脉冲的占空比来控制LED灯RGB分量的截止与导通时间，如图2所示，混合得到按音乐律动的渐变效果。
子控制器为氛围灯控制模块，每一子控制器均设有LIN信号接收接口。子控制器包括LIN信号接收模块，和RGB_LED驱动电路；RGB-LED驱动电路为PWM模式驱动电路。RGB_LED驱动电路为共阳方式驱动，RGB_LED的阳极连接5V电源，RGB_LED的阴极连接MCU主控制器PWM的输出。RGB-LED驱动电路包括颜色控制和亮度渐变控制。
本实施例，通过CAN总线与汽车车身控制器相连接，将车载DVD的音频信号直接用于氛围灯的音乐律动控制，使得氛围灯的颜色和亮度随着音乐律动实时同步变化，系统主机中设置CAN总线接收端口，与上层CAN总线相连接，将接收到的音频信号进行数字化的量化编码，再将量化编码定义到CAN协议中，经车载CAN/LIN系统抽样为LIN控制指令；从而使得LIN信号的输出能够控制子控制器中的氛围灯作出相应的变化，实现律动控制。本实施例，通过CAN总线传输的方式与车身系统连接，进一步增加了氛围灯系统的可移植性。本实施例中的多个子控制器对氛围灯进行分别控制，使得每个氛围灯的控制能够根据LIN控制指令分别控制，而不是现有的单一的控制方式，因此实现了每个氛围灯不同律动变化的控制。
本实施例各个子控制器均通过LIN接口与系统主机进行收发信号，并配合设置各种接口，使得氛围灯的控制信号不在系统总线上传输，传感设备信号对氛围灯的自定义控制算法在本地实现，有效提高氛围灯控制系统的控制多样性、实时性、可扩展性、灵活性和可移植性。每个子控制器相互独立，设备的增减对其他节点没有影响。
本实施例中的音乐信号直接为车载DVD的音频信号，并且系统主机与汽车车身控制系统通过CAN总线连接和信号传输，进一步增加了氛围灯系统的可移植性。
本实施例通过配置音量模块，将音乐信号转为支流幅值衰减变化信号，通过ADC信号采集模块采样后传给MCU主控制器控制PWM输出，实现颜色渐变效果。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种实时音乐律动控制的车载氛围灯系统，其特征在于，所述车载氛围灯系统包括：系统主机和若干子控制器；
所述系统主机包括ADC信号采集模块、CAN信号接收模块、MCU主控制器、LIN信号输出模块；
所述ADC信号采集模块用于实时采集音乐信号，并对所述音乐信号进行数字化的量化编码；所述CAN信号接收模块被配置为将所述量化编码定义到CAN协议中，经车载CAN/LIN系统抽样为LIN控制指令；所述MCU主控制器接收所述LIN控制指令，进行处理并输出控制信号；所述LIN信号输出模块被配置为将所述控制信号发送至所述子控制器；
所述子控制器为氛围灯控制模块，每一所述子控制器均设有LIN信号接收接口。
2.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述ADC信号采集模块被配置为将音乐信号转化为直流波形输出的线性模拟量，所述线性模拟量的最大值为5V，最小值为0V。
3.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述音乐信号为车载DVD的音频信号。
4.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述CAN信号接收模块还包括用于接收汽车控制系统发出的控制指令的指令接收模块，所述控制指令为控制所述MCU主控制器的信号接收操作的指令。
5.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述系统主机进一步包括按键接口，所述按键接口为与所述MCU主控制器电性连接的按键。
6.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述系统主机还包括音量模块，所述音量模块包括LM358双运算放大器和整流电路。
7.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述MCU主控制器输出的控制信号为PWM控制信号。
8.如权利要求1所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述子控制器包括LIN信号接收模块，和RGB_LED驱动电路；所述RGB-LED驱动电路为PWM模式驱动电路。
9.如权利要求8所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述RGB_LED驱动电路为共阳方式驱动，RGB_LED的阳极连接5V电源，RGB_LED的阴极连接所述MCU主控制器PWM的输出。
10.如权利要求8所述的车载氛围灯系统，其特征在于，所述RGB-LED驱动电路包括颜色控制和亮度渐变控制。
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