CN114599130A

CN114599130A - 基于stm32主控的智能氛围灯系统

Info

Publication number: CN114599130A
Application number: CN202210285124.3A
Authority: CN
Inventors: 刘晴; 李玉鑑; 曹新乾
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2022-06-07

Abstract

本发明公开了一种基于STM32主控的智能氛围灯系统。包括步骤：用STM32F103C8T6芯片进行主控核心电路的设计；通过屏幕截取作为颜色采集和识别，再经过图像处理等算法提取出主色调颜色传递至核心电路；进而控制LED同步发出传感器检测到主色调对应的彩色灯光；氛围灯随音频节奏变化的部分系统直接通过HDMI提取音频的关键参数，接着实现氛围灯随着播放的音乐节拍进行律动的效果，并实时输出测试结果。本发明使得智能氛围灯能够进行多种声、光、屏幕协同的氛围营造模式，可达到最佳的呈现效果，灯光营造的氛围与屏幕画面氛围有较高的实时性和一致性。

Description

基于STM32主控的智能氛围灯系统

技术领域

本发明涉及氛围灯技术实现领域，具体是一种基于STM32主控的智能氛围灯系统。

背景技术

为了实时增强显示屏幕的氛围功能，利用彩色LED灯，对屏幕显示画面进行扩展。由于LED灯带无法跟随屏幕快速响应画面的变化，丢失了实时性和一致性，存在数据帧的延迟，导致LED灯带显示颜色与画面颜色出现了不一致性，从而直接影响了用户体验和观影效果。

发明内容

本发明提出一种基于STM32主控的智能氛围灯系统，该方法利用STM32F103C8T6芯片进行主控核心电路的设计，通过屏幕截取作为颜色采集和识别，再经过图像处理等算法提取出主色调颜色传递至核心电路，控制LED同步发出传感器检测到主色调对应的彩色灯光。氛围灯随音频节奏变化的部分系统直接通过HDMI提取音频的关键参数，实现氛围灯随着播放的音乐节拍进行律动的效果。本方法采用的技术方案包含以下步骤：

步骤1：用STM32F103C8T6芯片进行主控核心电路的设计；

步骤2：通过屏幕截取作为颜色采集和识别，再经过图像处理等算法提取出主色调颜色传递至核心电路；

步骤3：控制LED同步发出传感器检测到主色调对应的彩色灯光；

步骤4：氛围灯随音频节奏变化的部分系统直接通过HDMI提取音频的关键参数；

步骤5：对步骤4) 接着实现氛围灯随着播放的音乐节拍进行律动的效果，并实时输出测试结果；

进一步地，在步骤2中，为了更好的进行颜色采集，通过摄像头设备便可进行颜色采集，方便设备的调试。

本发明提出的基于STM32主控的智能氛围灯系统，相对于其他的氛围灯的实现有以下优点。

（1）本发明针对存储空间大小，速度快慢等存在的问题，提出一种基于STM32主控的智能氛围灯系统，STM32F103C8T6芯片具有存储空间大，断电不丢失，串口接口众多，处理速度快，外设功能丰富强大等特点，使得氛围灯有着更加灵敏和快速的识别功能，提高了系统的正确性和一致性。

（2）本发明提出的STM32主控的智能氛围灯系统，具有实时性：灯带能够实时反映出当前屏幕的主色调颜色，能够快速的跟随屏幕主色调颜色的变化而变化，具有良好的实时性；并且图像处理算法能够每秒获取30帧左右的图像信息，能够随着视频流实时的做出变化。在电路中增加声音检测电路，氛围灯能够随着播放的音乐节拍进行律动，另外电脑会实时进行屏幕截取，保持每秒在20-30帧的截取速率，以此达到设备在播放相关视频的时候，灯带可以随着视频不断变换的主色调而实时做出相应的变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提出的基于STM32主控的智能氛围灯系统总体框架图。

图2为颜色识别流程图。

图3为音频识别流程图。

图4为整体软件设计框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于STM32主控的智能氛围灯系统总体框架图如图1所示。该方法总的流程如下：首先需要设计电源电路来满足要求，其次获取来自外界的音视频等数据，分别传入对应的声音或者颜色传感模块，接着进入到主控电路，经过主控电路的分析控制显示不同的光带颜色氛围。当系统通过电脑调用系统窗口API后，该帧屏幕的像素色彩数据会通过图像处理算法进行分析，计算出该帧屏幕的不同颜色像素点的数量，然后将某种颜色像素点数量最多的数据传输给电脑，电脑再通过串口电路传递给主控核心电路进行后续的数据处理来控制灯带的同步变化。电脑会实时进行屏幕截取，保持每秒在20-30帧的截取速率，以此达到设备在播放相关视频的时候，灯带可以随着视频不断变换的主色调而实时做出相应的变化，具体结构如图2所示。在电路中增加声音检测电路，氛围灯能够随着播放的音乐节拍进行律动，对于音频数据收集部分，系统采用耳机数据线直接从音频接口中提取音频的关键参数，例如音量、节奏等。根据提取到音频文件的关键参数，编写显影的控制程序实现氛围灯随着播放的音乐节拍进行律动的效果。例如，系统将采集到的音量数据，通过算法将其转换为灯带亮度的等级，音量越大，灯带显现出的亮度就越亮，反之则越暗；将采集到的音频节奏数据，通过算法将其转换为灯带亮灭的延时时间，节奏越快，灯带上的小灯亮灭就越频繁，反之越缓慢。具体结构如图3所示。系统通过外部串口电路进行数据通信，将图像和音频处理算法获取到的数据通过电脑，经过串口电路传输至主控核心电路上进行后续的操作。当数据传输至主控核心电路内时，程序会首先判断该数据是属于有关图像的颜色数据还是有关音频的数据。若系统判断该数据是有关图像的颜色数据时，系统会开始分析数据的RGB值，然后将获取到的主色调的RGB值反映在灯带上显现出来，实现灯光营造的氛围与屏幕画面氛围一致的功能；若系统判断该数据是有关音频的相关数据时，系统会开始分析数据的音量以及音频节奏等参数，将音量的参数值转化为灯带的亮度值进行反映，将节奏参数转化为灯带亮灭的频率进行反映，以此来实现氛围灯能够随着播放的音乐节拍进行律动，具体结构如图4所示。

步骤1：用STM32F103C8T6芯片进行主控核心电路的设计；

首先需要设计主控核心电路和电源电路以满足我们的要求，电源稳压电路用于保证电路正常工作，因为当输入电压低于稳定电压电路时则不能正常工作。

其次要设计电源滤波电路，因为电源滤波电路可以将交、直流混合量中的交流成分滤掉。交流电经过整流后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。所以采用的是电容滤波，电容是隔直通交，电压不能突变，所以只能并联在电路中，直流电从负载过，交流电就从电容过，从而达到滤波的目的。

需要指示灯电路用于检测电路运行是的工作状态，对判断电路是否正常运行起指示作用。

需要程序下载的Stlink接口电路，烧制程序的口，用于调试烧写仿真程序。

需要晶振电路用于计时，与两个电容并联使用，电容大小由晶振决定，一般用22pF。

需要复位电路用于电路进行复位操作。

需要扩展接口电路对芯片各引脚进行扩展，方便电路进行后续的调试和功能测试。

另外USB是一种串口，它拥有复杂的通讯协议，支持热插拔，并可以以非常快的速度传输数据。TTL是指晶体管逻辑电路的电平，USB转TTL模块的作用就是把电平转换到双方都能识别进行通信。设计中串口电路主要用于将采集的颜色或声音等关键参数通过电脑传输至主控核心电路中的 STM32F103C8T6芯片中。

通过颜色传感器，检测出播放视频的屏幕主色调，摄像头和截取屏幕的HDMI信号来进行颜色的采集，可以更加快捷和实时的采集屏幕每一帧显示出的主色调。

具有电脑屏幕画面色彩检测传感器和彩色LED灯带组成的智能氛围灯，通过传感器检测屏幕画面色彩变化，并实时控制彩色LED灯发出同样色彩的灯光，烘托整个观影空间具有与屏幕相同的光影效果。

节奏较快时，灯带会加快亮灭的速度；当节奏较慢时，灯带亮灭的速度会跟随着减弱下来。若增大音频音量时，灯带的亮度会随之增大；减小音频的亮度时，灯带的亮度又随之减小。在测试过程中，灯带随音频的音量和节奏的律动具有较高的实时性和一致性。

为了测试步骤4的效果，对其进行验证。将设备搬至阴暗的环境中进行测试，并记录测试结果和现象。通过测试总结出系统的实时性与一致性效果，获取速率和灯带变化情况。实时性：灯带能够实时反映出当前屏幕的主色调颜色，能够快速的跟随屏幕主色调颜色的变化而变化，延时低，具有良好的实时性；并且图像处理算法能够每秒获取30帧左右的图像信息，能够随着视频流实时的做出变化。一致性：灯带能够准确的反映出当前屏幕的主色调，颜色偏差较小，能够和当前屏幕的主色调保持较高的一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于STM32主控的智能氛围灯系统，其特征在于，是一个由电脑屏幕画面色彩检测传感器和彩色LED灯带组成的智能氛围灯，可以通过传感器检测屏幕画面色彩变化，并实时控制彩色LED灯发出同样色彩的灯光，烘托整个观影空间具有与屏幕相同的光影效果。

2.具体包括以下步骤：

1) 用STM32F103C8T6芯片进行主控核心电路的设计；

2) 通过屏幕截取作为颜色采集和识别，再经过图像处理等算法提取出主色调颜色传递至核心电路；

3) 控制LED同步发出传感器检测到主色调对应的彩色灯光；

4) 氛围灯随音频节奏变化的部分系统直接通过HDMI提取音频的关键参数；

5) 对步骤4) 接着实现氛围灯随着播放的音乐节拍进行律动的效果，并实时输出测试结果；

如权利要求1所述的基于STM32主控的智能氛围灯系统，其特征在于，STM32F103C8T6芯片具有存储空间大，断电不丢失，串口接口众多，处理速度快，外设功能丰富强大等特点，从而使得智能氛围灯有着更加灵敏和快速的识别功能，提高系统的正确性和实时性。

3.如权利要求1所述的基于STM32主控的智能氛围灯系统，其特征在于，通过摄像头和截取屏幕的HDMI信号来进行颜色的采集相对来说具有更加高效的工作状态，可以更加快捷和实时的采集屏幕每一帧显示出的主色调。

4.如权利要求1所述的基于STM32主控的智能氛围灯系统，其特征在于，使用主控核心电路和电源电路，外部搭载颜色传感模块和声音传感模块来控制LED灯带，控制LED同步发出传感器检测到主色调对应的彩色灯光。

5.如权利要求1所述的基于STM32主控的智能氛围灯系统，其特征在于，通过摄像头和截取屏幕的HDMI信号来进行颜色的采集可以更加快捷和实时的采集屏幕每一帧显示出的主色调。

6.如权利要求1所述的基于STM32主控的智能氛围灯系统，其特征在于，氛围灯随音频节奏变化的部分系统直接通过HDMI提取音频的关键参数，实现氛围灯随着播放的音乐节拍进行律动的效果，能够进行多种声、光、屏幕协同的氛围营造模式，可达到最佳的呈现效果，灯光营造的氛围与屏幕画面氛围有较高的实时性和一致性。