CN113365385A - 灯光音乐无线互动智能系统及灯光音乐无线互动控制方法 - Google Patents

灯光音乐无线互动智能系统及灯光音乐无线互动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种灯光音乐无线互动智能系统及灯光音乐无线互动控制方法。灯光音乐无线互动智能系统包括一个声音采集及分析器(2)、至少一个智能灯(1)，所述声音采集及分析器(2)与所述智能灯(1)分离，所述智能灯(1)包括彩光LED光源，所述声音采集及分析器(2)用于采集环境声音信号并分析转换为声音频谱数据，将主频谱转换为对应的颜色数值，将主频谱对应的振幅转换为亮度数值，并将颜色和亮度数据通过无线方式周期性的发送给所述智能灯(1)，所述智能灯(1)用于通过无线方式接收所述声音采集及分析器(2)发送的颜色和亮度数据，并实时控制所述彩光LED光源的发光显示对应的颜色和亮度，以使所述智能灯(1)随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。本发明可广泛应用于智能照明领域。

Description

灯光音乐无线互动智能系统及灯光音乐无线互动控制方法
技术领域
本发明涉及一种智能灯光控制系统，具体涉及一种灯光音乐无线互动智能系统；本发明还涉及一种灯光音乐无线互动控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，家居智能化逐步发展，智能照明也应运而生。
现有的多彩光智能照明灯具通过遥控器或者手机控制，将灯光设置成固定的颜色或按照固定规律进行颜色的循环变化。还有的采用将预先编辑好的灯光颜色变化规律方案存储到一个控制主机中，由控制主机通过程序运行控制灯具颜色的变化。还有的通过将咪头(麦克风)采集声音的音量转换为控制信号，通过控制信号线控制灯具灯光颜色的变化。但是，现有的声光互动的照明灯具变化模式较单调，需要根据事先编排好的变化模式进行工作，根据环境声音变化，对灯具的颜色以及亮度变化的随动性不够，变化不丰富，或者采用十分复杂的程序方案及布设方案，造成成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本较低、布设及使用方便、根据环境声音同时进行灯光颜色和亮度实时控制和变化、变化多样、氛围感强的灯光音乐无线互动智能系统，该灯光音乐无线互动智能系统根据环境声音的频谱及振幅进行灯光控制，可在同一时间控制多个灯具以相同的灯光颜色及亮度变化进行工作。
另外，本发明还提供一种灯光音乐无线互动控制方法。
本发明的灯光音乐无线互动智能系统所采用的技术方案是：本发明的灯光音乐无线互动智能系统包括一个声音采集及分析器、至少一个智能灯，所述声音采集及分析器与所述智能灯分离，所述智能灯包括彩光LED光源，所述声音采集及分析器用于采集环境声音信号并分析转换为声音频谱数据，将主频谱转换为对应的颜色数值，将主频谱对应的振幅转换为亮度数值，并将颜色和亮度数据通过无线方式周期性的发送给所述智能灯，所述智能灯用于通过无线方式接收所述声音采集及分析器发送的颜色和亮度数据，并实时控制所述彩光LED光源的发光显示对应的颜色和亮度，以使所述智能灯随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。
所述声音采集及分析器包括用于采集环境声音信号并将其转换为模拟电压信号的声音采集模块，用于对所述声音采集模块采集的环境声音信号进行分析转换为频谱分布数据，并将主频谱数据转换为颜色和亮度数据的声音分析模块，用于将所述声音分析模块分析后的颜色和亮度数据通过无线方式发射给所述智能灯的无线发射模块，用于为所述声音采集模块、所述声音分析模块、所述无线发射模块转换供电的声音采集及分析器供电模块。
所述声音采集模块为拾音器；所述声音分析模块通过傅立叶变换将所述声音采集模块采集的环境声音信号转换为频谱分布数据，并确定最大振幅的频谱段为主频谱。
将声音频谱分为12个频谱段，分别与12色相环的颜色呈一一对应映射关系。
所述智能灯还包括用于接收所述声音采集及分析器发送的无线信号的无线接收模块，用于驱动所述彩光LED光源发出相应颜色和亮度光的灯具显示控制及驱动模块，用于为所述彩光LED光源、所述无线接收模块、所述灯具显示控制及驱动模块转换供电的智能灯供电模块。
所述智能灯通过电源线连接智能灯外接电源从市电取电，所述声音采集及分析器通过电源线连接声音采集及分析器外接电源从市电取电。
所述智能灯与所述声音采集及分析器之间通过蓝牙或WIFI或ZigBee方式进行无线通信。
本发明的灯光音乐无线互动控制方法所采用的技术方案是：包括以下步骤：
(A)采集环境声音信号，并将其转换为模拟电压信号；
(B)根据设定的采样周期，对模拟电压信号进行数值采样；
(C)对环境声音采样电压数值进行傅立叶变换，转换为声音频谱数据，
并确定最大振幅的频谱段为主频谱；
(D)根据预设的频谱段与颜色的映射关系，将主频谱转换为智能灯显示的颜色数值；根据预设的振幅与亮度的映射关系，将主频谱对应的振幅转换为智能灯显示的亮度数值；
(E)根据设定的时间间隔，将颜色及亮度数值组合，通过无线方式周期性的发送给智能灯；
(F)智能灯接收到无线信号数据后，根据颜色及亮度数值组合，实时驱动彩光LED光源发出对应的颜色及亮度的光，以使所述智能灯随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。
步骤(B)和步骤(C)之间还包括以下步骤：
(B1)过滤干扰信号；再对模拟电压信号放大。
将环境声音采样电压数值转换为声音频谱数据时，将声音频谱分为12个频谱段，分别与12色相环的颜色呈一一对应映射关系。
本发明的有益效果是：由于本发明的灯光音乐无线互动智能系统包括一个声音采集及分析器、至少一个智能灯，所述声音采集及分析器与所述智能灯分离，所述智能灯包括彩光LED光源，所述声音采集及分析器用于采集环境声音信号并分析转换为声音频谱数据，将主频谱转换为对应的颜色数值，将主频谱对应的振幅转换为亮度数值，并将颜色和亮度数据通过无线方式周期性的发送给所述智能灯，所述智能灯用于通过无线方式接收所述声音采集及分析器发送的颜色和亮度数据，并实时控制所述彩光LED光源的发光显示对应的颜色和亮度，以使所述智能灯随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化；本发明克服了现有技术的缺陷和不足，开创性的采用声音信号采集、分析部分与灯具状态发光显示部分分离的方案，使得声音信号采集部分可根据需要设置在任何地方，不受一体化方案灯具设置位置的限制，使得声音采集与发光部分可分开放置在不同地方，通过灯光可响应不同位置甚至远处的声音变化，易于布设和使用，而且可同时控制多个灯具以相同的发光方式进行工作，协调性强；在硬件不产生较大变化的情况下，通过将主频谱与灯具显示的颜色映射，同时将主频谱的振幅与灯具显示的亮度映射，根据环境声音同时进行灯光颜色和亮度实时控制和变化，由于环境声音多样，因此灯具发光显示状态变化多样，且随着声音不断变化，因此灯光的氛围感与声音的响应极强，改变了传统灯光跟随设定好的程序变化的重复性，随机感更强；故本发明的灯光音乐无线互动智能系统成本较低，布设及使用方便，可根据环境声音同时进行灯光颜色和亮度实时控制和变化，变化多样，氛围感强，该灯光音乐无线互动智能系统根据环境声音的频谱及振幅进行灯光控制，可在同一时间控制多个灯具以相同的灯光颜色及亮度变化进行工作。
同理，本发明的灯光音乐无线互动控制方法也具有上述有益效果。
附图说明
图1是本发明实施例的灯光音乐无线互动智能系统的连接关系及信号走向的结构示意图；
图2是本发明实施例中声音采集及分析器的结构示意图；
图3是本发明实施例中智能灯的结构示意图；
图4是本发明实施例中声音采集及分析后获得的声音频谱的示意图；
图5是本发明实施例中12色相环的示意图；
图6是本发明实施例的灯光音乐无线互动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1～图5所示，本实施例的灯光音乐无线互动智能系统包括一个声音采集及分析器2、若干个智能灯1，所述声音采集及分析器2与各所述智能灯1分离，即二者是非一体化结构，在硬件上各自独立分开，所述智能灯1包括彩光LED光源，所述声音采集及分析器2用于采集环境声音信号并分析转换为声音频谱数据，将主频谱转换为对应的颜色数值，将主频谱对应的振幅转换为亮度数值，并将颜色和亮度数据通过无线方式周期性的发送给所述智能灯1，所述智能灯1用于通过无线方式接收所述声音采集及分析器2发送的颜色和亮度数据，并实时控制所述彩光LED光源的发光显示对应的颜色和亮度，以使所述智能灯1随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。
具体的，所述声音采集及分析器2包括用于采集环境声音信号并将其转换为模拟电压信号的声音采集模块，用于对所述声音采集模块采集的环境声音信号进行分析转换为频谱分布数据，并将主频谱数据转换为颜色和亮度数据的声音分析模块，用于将所述声音分析模块分析后的颜色和亮度数据通过无线方式发射给所述智能灯1的无线发射模块，用于为所述声音采集模块、所述声音分析模块、所述无线发射模块转换供电的声音采集及分析器供电模块；本实施例中，所述声音采集模块为拾音器；所述智能灯1与所述声音采集及分析器2之间通过无线蓝牙组网通信方式进行无线通信；所述声音分析模块通过傅立叶变换将所述声音采集模块采集的环境声音信号转换为频谱分布数据，并确定最大振幅的频谱段为主频谱，具体的，本实施例中将声音频谱分为12个频谱段，分别与12色相环的颜色呈一一对应映射关系，例如图4中，第五个频谱段的振幅最大，将其确定为主频谱，因此将其与12色相环中预先设定的与其对应的一个颜色(例如黄色)作为所述智能灯1的发光显示颜色数值，同时根据预先设定的振幅与亮度的对应关系，得到所述智能灯1的发光显示的亮度数值。所述智能灯1还包括用于接收所述声音采集及分析器2发送的无线信号的无线接收模块，用于驱动所述彩光LED光源发出相应颜色和亮度光的灯具显示控制及驱动模块，用于为所述彩光LED光源、所述无线接收模块、所述灯具显示控制及驱动模块转换供电的智能灯供电模块；所述智能灯1通过电源线连接智能灯外接电源10从市电取电，所述声音采集及分析器2通过电源线连接声音采集及分析器外接电源20从市电取电。
如图6所示，本实施例的灯光音乐无线互动控制方法首先开启声音工作模式，然后按照以下步骤进行：
(A)通过拾音器采集环境声音(例如手机、电视、音响以及人说话、唱歌等发出的声音)信号，并将其转换为模拟电压信号；
(B)根据设定的采样周期，对模拟电压信号进行数值采样，本实施例中，
采样频率设定为40kHZ；
(B1)过滤干扰信号；再对模拟电压信号放大；
(C)对环境声音采样电压数值进行傅立叶变换，转换为声音频谱数据，并确定最大振幅的频谱段为主频谱，即将声音信号由时域转换为频域中的频谱数据，本实施例中，将环境声音采样电压数值转换为声音频谱数据时，将声音频谱分为12个频谱段，例如图4中，第五个频谱段的振幅最大，将其确定为主频谱；
(D)根据预设的频谱段与颜色的映射关系，将主频谱转换为智能灯显示的颜色数值；根据预设的振幅与亮度的映射关系，将主频谱对应的振幅转换为智能灯显示的亮度数值；即根据声音频谱的分布特征转换为响应的智能灯的颜色和亮度组合；本实施例中，将声音频谱的12个频谱段分别与12色相环的颜色呈一一对应映射关系，因此将主频谱(第五个频谱段)与12色相环中预先设定的与第五个频谱段对应的一个颜色(例如黄色)作为所述智能灯1的发光显示颜色数值，同时根据预先设定的振幅与亮度的对应关系，得到所述智能灯1的发光显示的亮度数值；当然，声音频谱的分段数量可以自行设定，与其对应的颜色映射关系也可以根据发光显示的需要自行灵活设定；
(E)根据设定的时间间隔，将颜色及亮度数值组合即声音采集、分析出来的控制信号经过排序后，通过无线方式周期性的发送给多个智能灯；
(F)多个智能灯接收到无线信号数据后，根据颜色及亮度数值组合，将灯光颜色及亮度自动调整为声音采集及分析后所传达的颜色及亮度，实时驱动彩光LED光源发出对应的颜色及亮度的光，以使所述智能灯随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。
通过上述步骤，周期性的采集、分析环境声音信息，并周期性不间断的发送给一个或者多个智能灯，使得智能灯不断根据接收到的信息变化自身颜色及亮度，从而使得智能灯发光显示的颜色及亮度根据环境声音同步变化，使得在看电视、打游戏、听音乐、唱歌等场景时，空间光氛围感更强。
本发明中，所述智能灯1的种类不限，可以根据实际使用场景进行选择和设置，例如所述智能灯1可以是投光灯、射灯、洗墙灯、庭院灯等多种灯具形式。
本发明克服了现有技术的缺陷和不足，开创性的采用声音信号采集、分析部分与灯具状态发光显示部分分离的方案，使得声音信号采集部分可根据需要设置在任何地方，不受一体化方案灯具设置位置的限制，使得声音采集与发光部分可分开放置在不同地方，通过灯光可响应不同位置甚至远处的声音变化，易于布设和使用，而且可同时控制多个灯具以相同的发光方式进行工作，协调性强；在硬件不产生较大变化的情况下，通过将主频谱与灯具显示的颜色映射，同时将主频谱的振幅与灯具显示的亮度映射，根据环境声音同时进行灯光颜色和亮度实时控制和变化，由于环境声音多样，因此灯具发光显示状态变化多样，且随着声音不断变化，因此灯光的氛围感与声音的响应极强，改变了传统灯光跟随设定好的程序变化的重复性，随机感更强；因此本发明的灯光音乐无线互动智能系统成本较低，布设及使用方便，可根据环境声音同时进行灯光颜色和亮度实时控制和变化，变化多样，氛围感强，该灯光音乐无线互动智能系统根据环境声音的频谱及振幅进行灯光控制，可在同一时间控制多个灯具以相同的灯光颜色及亮度变化进行工作。同理，本发明的灯光音乐无线互动控制方法也具有上述有益效果。
以上实施例仅是用于举例说明，并非是对本发明保护范围的限制，基于具体实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。例如，与所述声音采集及分析器2进行无线通信和控制的所述智能灯1的数量不受限制，最少可以是一个，所述智能灯1与所述声音采集及分析器2之间也可以采用WIFI或ZigBee等方式进行无线通信。
本发明可广泛应用于智能照明领域。

Claims (10)

1.一种灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：包括一个声音采集及分析器(2)、至少一个智能灯(1)，所述声音采集及分析器(2)与所述智能灯(1)分离，所述智能灯(1)包括彩光LED光源，所述声音采集及分析器(2)用于采集环境声音信号并分析转换为声音频谱数据，将主频谱转换为对应的颜色数值，将主频谱对应的振幅转换为亮度数值，并将颜色和亮度数据通过无线方式周期性的发送给所述智能灯(1)，所述智能灯(1)用于通过无线方式接收所述声音采集及分析器(2)发送的颜色和亮度数据，并实时控制所述彩光LED光源的发光显示对应的颜色和亮度，以使所述智能灯(1)随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。
2.根据权利要求1所述的灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：所述声音采集及分析器(2)包括用于采集环境声音信号并将其转换为模拟电压信号的声音采集模块，用于对所述声音采集模块采集的环境声音信号进行分析转换为频谱分布数据，并将主频谱数据转换为颜色和亮度数据的声音分析模块，用于将所述声音分析模块分析后的颜色和亮度数据通过无线方式发射给所述智能灯(1)的无线发射模块，用于为所述声音采集模块、所述声音分析模块、所述无线发射模块转换供电的声音采集及分析器供电模块。
3.根据权利要求2所述的灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：所述声音采集模块为拾音器；所述声音分析模块通过傅立叶变换将所述声音采集模块采集的环境声音信号转换为频谱分布数据，并确定最大振幅的频谱段为主频谱。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：将声音频谱分为12个频谱段，分别与12色相环的颜色呈一一对应映射关系。
5.根据权利要求1所述的灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：所述智能灯(1)还包括用于接收所述声音采集及分析器(2)发送的无线信号的无线接收模块，用于驱动所述彩光LED光源发出相应颜色和亮度光的灯具显示控制及驱动模块，用于为所述彩光LED光源、所述无线接收模块、所述灯具显示控制及驱动模块转换供电的智能灯供电模块。
6.根据权利要求1所述的灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：所述智能灯(1)通过电源线连接智能灯外接电源(10)从市电取电，所述声音采集及分析器(2)通过电源线连接声音采集及分析器外接电源(20)从市电取电。
7.根据权利要求1所述的灯光音乐无线互动智能系统，其特征在于：所述智能灯(1)与所述声音采集及分析器(2)之间通过蓝牙或WIFI或ZigBee方式进行无线通信。
8.一种灯光音乐无线互动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(A)采集环境声音信号，并将其转换为模拟电压信号；
(B)根据设定的采样周期，对模拟电压信号进行数值采样；
(C)对环境声音采样电压数值进行傅立叶变换，转换为声音频谱数据，并确定最大振幅的频谱段为主频谱；
(D)根据预设的频谱段与颜色的映射关系，将主频谱转换为智能灯显示的颜色数值；根据预设的振幅与亮度的映射关系，将主频谱对应的振幅转换为智能灯显示的亮度数值；
(E)根据设定的时间间隔，将颜色及亮度数值组合，通过无线方式周期性的发送给智能灯；
(F)智能灯接收到无线信号数据后，根据颜色及亮度数值组合，实时驱动彩光LED光源发出对应的颜色及亮度的光，以使所述智能灯随环境声音的变化而发生颜色和亮度的动态变化。
9.根据权利要求8所述的灯光音乐无线互动控制方法，其特征在于：步骤(B)和步骤(C)之间还包括以下步骤：
(B1)过滤干扰信号；再对模拟电压信号放大。
10.根据权利要求8或9所述的灯光音乐无线互动控制方法，其特征在于：将环境声音采样电压数值转换为声音频谱数据时，将声音频谱分为12个频谱段，分别与12色相环的颜色呈一一对应映射关系。
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