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消费电子

客户成功故事与项目成功案例

光立方控制器电路程序设计


光立方相对于传统的平面宣传设备,具有了传统设备没有的3D表现效果,在具备更加强烈的表现性的同时,还给用户提供了操作简单的APP控制系统,让用户随时可以方便地修改光立方的展示内容,充分展现了高效、低耗、易用的特点,是室外宣传极佳的选择之一。

室外广告一直是商家对外宣传的重要途径,而随着社会不断进步,越来越多的城市发展成为不夜城。在夜幕下,传统的横幅、挂画以及墙壁广告的形式,已经不能满足高可见性的要求,在激烈的市场竞争中已经满足不了人们的需求。以灯光为信息载体的新型宣传方式也就应运而生,并得到快速发展,与传统的宣传形式达成了互补的形式。

一、光立方整体方案设计

本项目中,采用STC12C5A60S2单片机、LED灯为硬件基础,C语言为编程基础,并结合移动设备,共同构建了一个集安全、高效、节能和强表现性于一体的夜间灯光展示产品——光立方。

在光立方中,以单片机为基础,控制了多个LED灯组,以矩阵的表现形式,通过程序的控制,实现3D表现形式,并且在其中嵌入了WiFi模块,用以提供外部控制的访问接口。

单片机凭借其可靠性高、处理功能和速度突出、功耗低、控制功能和环境适应性强、可实现模块化等优势,近年来在智能仪器、工业控制、家用电器、医用设备、航空航天、网络通信、汽车电子等领域得到了广泛的应用。STC12C5A60S2单片机是新一代8051单片机,指令系统完全兼容8051,但速度比其快8~12倍,并且具有低功耗、高速、超强抗干扰等特点,非常适合在室外工作。

LED灯具有体积小、电压低、寿命长、亮度高、环保等特点,是室外光源的极佳选择之一。C语言是一门可以直接控制底层的高级编程语言,在复杂性远低于汇编的同时,又提供了其他高级语言不具备的强大底层处理能力,并且具有相当高的效率。

外部控制选择了以APP为媒介的控制系统,以现在市面上非常普及的Android系统为基础,开发了一款以WiFi为通信基础的无线控制系统,摆脱了传统同类产品控制复杂、操作不便的困扰。

二、光立方控制程序及APP设计

2.1光立方控制程序设计

光立方控制程序的编程语言采用了C语言,将灯组信息通过单片机芯片存储在程序中,再用C语言来调用相应位置LED灯的明灭、颜色,即可构成完整的动态光效;而光立方另外还具有音频出口,亦可以通过控制来实现音效切换和播放的功能,从而极大地丰富了光立方的展示效果。光立方的控制程序需要完成的功能有:开机检查、Logo展示、模式切换(字母模式/动画模式)、显示效果切换、WiFi控制。

开机检查主要作用是检查硬件是否存在故障,这是必须有的一个步骤,通过三个方向(从前往后、从后往前、从上往下)的顺序扫描能够排除绝大多数问题,用户可以通过检查结果来判断光立方是否为正常运行状态,这就确保了光立方的可维护性。

Logo展示是作为制作方展示自己的商标、广告语的一个途径。光立方的展示过程中,考虑了两种展示形式,一种是快捷简单的字母模式,用户只需键入相应的字母即可展示;而对于更加绚丽的效果,也提供了稍微复杂一些的动画模式,由用户自己来编辑想要的效果,达到自行DIY的目的。

在用户管理的方式中,很多传统产品采用了插卡的形式,而此种形式操作复杂,不具有易用性。因此在光立方中没有采取此种方式,而是嵌入了WiFi模块,通过编写WiFi控制功能,用户可以很方便地使用移动控制端来控制光立方。

2.2光立方APP设计

手机APP是用户控制光立方的最佳手段,所以APP的开发着重易用性,需要让用户更加容易理解,该APP应该具有简明菜单、模式切换、效果设置等等界面。在APP打开之后,即进入简明菜单页面,用户在该页面可以选择详细的操作选项。

效果设置界面是另一个非常重要的界面,该界面将灯组信息转换为可视化的用户编辑界面,用以保存用户的设置。而安卓客户端在现如今已经非常普遍,这也为客户端控制提供了非常便利的硬件基础。

三、光立方硬件设计

光立方的硬件系统由单片机芯片和LED共同构成。在硬件设计过程中,先通过Altium Designer画出了光立方所需要的原理图。

在Keil中生成hex文件之后,进行电路仿真,验证电路的正确性。在仿真无误的情况下,将程序烧录进单片机的芯片中,使得之前编写的程序与硬件建立相应的联系,达到通过程序控制光立方的目的。最后进行底板的焊接,因为处于试验阶段,故选用的设备都是小型的设备,非常脆弱,需要十分小心地操作,以免损坏电路板或芯片。最终,经过队员的努力,完成了底板的焊接。

在底板焊接完成之后,也就进入了最后一步,也是最繁复的一个步骤:焊接LED灯组,灯组选择了8×8×8共512只LED灯,灯与灯之间的布置必须小心谨慎,一只LED电路不通,可能会影响一条线路甚至是整个光立方的展示效果。在小心翼翼地焊接完之后,光立方成品就算是制作完成了。光立方效果图如图3所示。

图3 光立方效果图

在商业化以及后续发展过程中,光立方大概的发展方向有:大型化、精细化、智能化以及混合化。大型化针对的是高层建筑的远距离传播,此时不仅是产品规格的改变,还有芯片数量、LED亮度的增加。精细化即针对底层建筑、室内以及高端需求做针脚细密化,LED材料做高端化改良。智能化是现在电子设备发展的趋势,如直接导入动画、图片等功能的实现。以上三种需求的混合能够适用于大多数的场景,这也是光立方走向市场之后可流水线生产的主流产品方向。

结语

团队不负所望完成了预期的目标,而在完成了目标的同时,队员们也在反思项目的诸多不足之处。单片机技术日新月异,不求进取,终将被淘汰,所以产品想紧跟时代的步伐,还必须在技术上不断提高。光立方的形式偏向中规中矩,在硬件、软件方面都有非常大的局限性,如尚未考虑球体结构的光立方设计等等。而更加复杂、精巧的光立方设计,考验的不仅仅是硬件知识,还有软件的设计。想让光立方走向市场,被人们所接受,还需要不断学习、不断改进。

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