CN110753432A - 多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法,属于汽车电子电路技术领域,包括音频处理模块、ADC处理模块、MCU主控单元、上层CAN总线设备、CAN信号处理模块和RGB驱动单元,其中***的输入信号为车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,音频处理模块接收输出的音频信号进行音频信号的初步处理,音频处理模块连接ADC处理模块,ADC处理模块用于音频参数采集及AD转换,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元,上层CAN总线设备通过CAN信号处理模块向MCU主控单元发出氛围灯状态的控制指令,MCU主控单元通过RGB驱动单元控制氛围灯的运行,实现氛围灯的多种状态的控制,解决了现有技术中出现的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法,属于汽车电子电路技术领域。
背景技术
随着汽车行业不断发展,汽车产业正处于转变发展方式、优化产业战略性转型时期,新能源汽车时代发展趋势,逐渐成为市场新宠。氛围灯作为种新型灯种在汽车中使用日渐增引起广消费者关注,现在市场上新能源汽车氛围灯还是空白。现有汽车氛围灯***结构复杂,成本造价比较高,氛围灯模式较少,控制模式和使用控制方法比较单一。
随着新能源汽车的普及,为满足内饰功能性照明的补充,提高驾乘舒适度,提升汽车科技感。因此,怎样提供一个多态多平台氛围灯控制***成为急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法,实现氛围灯的多种状态的控制,解决了现有技术中出现的问题。
本发明所述的多态新能源汽车氛围灯***,包括音频处理模块、ADC处理模块、MCU主控单元、上层CAN总线设备、CAN信号处理模块和RGB驱动单元,其中***的输入信号为车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,音频处理模块接收输出的音频信号进行音频信号的初步处理,音频处理模块连接ADC处理模块,ADC处理模块用于音频参数采集及AD转换,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元,上层CAN总线设备通过CAN信号处理模块向MCU主控单元发出氛围灯状态的控制指令,MCU主控单元解析上述氛围灯状态的控制指令,通过RGB驱动单元控制氛围灯的运行,RGB驱动单元连接所述氛围灯,RGB驱动单元为共阴方式驱动,RGB驱动单元的阳极连接MCU主控单元的PWM的输出,实现音频包数据处理,MCU主控单元控制PWM输出,实现氛围灯的控制。
进一步的,***还包括上位机客户端,上位机客户端通过CAN通信连接MCU主控单元,实现MCU主控单元及氛围灯的开关量使能控制和氛围灯的工作模式控制。
进一步的,音频处理模块包括LINE_IN+端口、LINE_IN端口、LINE_IN-端口和LINE_SHIELD端口,其中LINE_IN+端口连接音乐信号模拟量输入,LINE_IN端口接入MCU主控单元的ADC端,LINE_IN端口的后方连接有第一二极管和第二二极管,第一二极管和第二二极管并联后连接有第一电阻和第一电容,第一电阻和第一电容相并联后连接有第二电阻和第三电阻,第二电阻和第三电阻相并联后连接第二电容,第二电容连接有电热丝后连接LINE_IN+端口,第二电容连接有第一稳压二极管后连接LINE_IN-端口,LINE_IN-端口连接有第一电感后连接LINE_SHIELD端口。
进一步的,CAN信号处理模块包括电源隔离芯片、CAN收发器芯片、CANH引脚和CANL引脚,电源隔离芯片连接CAN收发器芯片,电源隔离芯片和CAN收发器芯片的外部连接有ESD保护二极管,CANH引脚和CANL引脚通过第十六电阻连接到上层CAN总线设备上,CANH引脚和CANL引脚与地之间并联有第十二电容和第十三电容,用于滤除上层CAN总线设备高频干扰。
进一步的,音频处理模块还包括音频功率放大芯片,音频功率放大芯片的2号管脚接地,音频功率放大芯片的3号和4号管脚连接有可调电阻,可调电阻连接有第四电容,第四电容连接有第十电阻和第三电容,音频功率放大芯片的5号管脚连接有第十一电阻和第十一电容后连接输出端,第十一电容的外部还并联有第十电容、第十二电阻和第十三电阻,音频功率放大芯片的1号管脚和8号管脚之间连接有第七电容。
进一步的,RGB驱动单元包括三路输出驱动单元,其中第一路输出驱动单元包括第一三极管、第四电阻和第五电阻,其中第一三极管的基极连接第四电阻和第五电阻,第一三极管的集电极连接灯珠,第一三极管的发射极接地,第二路输出驱动单元包括包括第二三极管、第六电阻和第七电阻,其中第二三极管的基极连接第六电阻和第七电阻,第二三极管的集电极连接灯珠,第二三极管的发射极接地,第三路输出驱动单元包括包括第三三极管、第八电阻和第九电阻,其中第三三极管的基极连接第八电阻和第九电阻,第三三极管的集电极连接灯珠,第三三极管的发射极接地。
进一步的,MCU主控单元采用8位内核的STM8S208单片机,STM8S208单片机的外部连接有程序烧写端口、复位端口、开关按键和电源指示灯。AD为10位,具有使用方便、成本低的优点。该单片机可以解码CAN总线收发电路控制信号、AD采样数据的处理、RGB的控制算法、控制模式的实现。
进一步的,氛围灯的状态包括单色静止状态、单色呼吸状态、变色呼吸状态、单色律动状态和变色律动状态。
本发明所述的多态新能源汽车氛围灯的控制方法,包括自动控制模式和手动控制模块,自动控制模式下,MCU主控单元、上层CAN总线设备为控制终端,完成对氛围灯各种模式状态下的亮度、颜色变化的控制,其中颜色随音乐变化的快慢可调;手动控制模式下,可通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制;所述的自动控制模式包括以下步骤:
S1:音频处理模块处理车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,提供一个基准电压,处理后,将音频信号转换成模拟参数;
S2:ADC处理模块获取上述音频信号的频谱序列,根据所述频谱序列,生成所述车载范围灯的亮度颜色的数字控制参数,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元;
S3:MCU主控单元对ADC处理模块处理的信号值进行逻辑算法处理,对音频包络线提取,CAN信号处理模块接收上层CAN总线设备的控制指令并将控制指令进行解析,控制指令为控制氛围灯的状态模式,状态模式包括:单色静止状态、单色呼吸状态、变色呼吸状态、单色律动状态和变色律动状态;
S4:MCU主控单元根据步骤S3中解析的控制指令通过PWM的输出控制RGB驱动单元驱动氛围灯以不同颜色全彩显示,光源亮度不断变化。
进一步的,步骤S3中氛围灯的状态控制指令具体包括以下:上层CAN总线设备向MCU主控单元发送控制氛围灯状态模式的控制指令,MCU主控单元根据发送的控制指令通过程序控制氛围灯的状态模式,通过设定一个初始静态颜色值及亮度值、延时计数状态,程序控制延时计数状态,颜色变换快慢可调,氛围灯状态可调;
当处于单色静止状态时,通过程序设置颜色序号及亮度,调整PWM输出,实现氛围灯呈单一颜色状态显示;
当处于单色呼吸状态时,通过程序设置颜色序号及亮度,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以单一颜色状态规律亮暗颜色变化;
当处于变色呼吸状态时,通过程序设置氛围灯以不同颜色状态规律亮暗变化,完成RGB三色的实现;程序设置中呼吸颜色分为初始颜色、中间颜色、中止颜色状态,颜色序号有KEEP、ADD、SUB三种状态,设置变色呼吸状态颜色序号及亮度,经过变色呼吸控制算法,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以不同颜色状态规律亮暗颜色变化;
当处于单色律动状态时,通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,动态效果控制实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,提取过程如下:计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,计数周期N=60,RCT=30;音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,单色律动状态下,RGB处于单色模式状态运行,对提取的音频信号,进行取值逻辑处理,通过动态处理函数调整BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现氛围灯随音乐以单一颜色律动,亮暗颜色变化且变化快慢可调;
当处于变色律动状态时,通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,其中计数周期N=60,RCT=30,计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,对音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,对提取的音频信号进行逻辑取值处理,RGB三基色值均为动态值,BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现随氛围灯随音乐实时律动,亮暗颜色随音乐变化且变化快慢可调。
进一步的,手动控制模式下,通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制,具体包括:打开CAN通信按钮,上位机客户端与CAN建立通信,运行状态及报文指示灯亮起,进行CAN报文的收发,通过变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸五个按钮可控制氛围灯工作模式,工作模式分为变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸共五种状态,上位机客户端可播放及录取音乐,音量设定大于5,氛围灯处于律动模式时,上位机客户端播放音乐,氛围灯灯珠随音乐律动。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
本发明所述的多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法,能够实现氛围灯的多种状态的控制,现有氛围灯***多采用音频及手持设备输出,氛围灯无法随外部声音变化,本发明所述的氛围灯***实现消除噪声处理,随音乐频谱实时律动,实现色彩音乐与情绪的结合。
现有氛围灯***,氛围灯状态不可调且控制模式和控制方法比较单一,本发明所述的氛围灯***有单色静止、单色呼吸、变色呼吸、单色律动、变色律动多种状态可调,模式可由上层CAN或上位机控制。
本发明的氛围灯***加入音频信号,实现色彩音乐与灯光显示的结合,进一步为消费者提供个性化的体验,提高驾驶感及乐趣,提升内饰档次。
附图说明
图1为本发明实施例中整体电路的连接框图;
图2为本发明实施例中氛围灯的控制模式图;
图3为本发明实施例中第一种音频处理模块的电路图;
图4为本发明实施例中RGB驱动电路的电路图;
图5为本发明实施例中第二种种音频处理模块的电路图;
图6为本发明实施例中CAN信号处理模块的电路图;
图7为本发明实施例中MCU主控单元的电路图;
图8为本发明实施例中上位机客户端的显示界面图;
图中:C1、第一电容;C2、第二电容;C3、第三电容;C4、第四电容;C5、第五电容;C6、第六电容;C7、第七电容;C10、第十电容;C11、第十一电容;C12、第十二电容;C13、第十三电容;R1、第一电阻;R3、第三电阻;R4、第四电阻;R5、第五电阻;R6、第六电阻;R7、第七电阻;R8、第八电阻;R9、第九电阻;R10、第十电阻;R11、第十一电阻;R12、第十二电阻;R12、第十二电阻;R13、第十三电阻;R14、可调电阻;R15、第十五电阻;R16、第十六电阻;D1、第一二极管;D2、第二二极管;Q1、第一三极管;Q2、第二三极管;Q3、第三三极管;IN1、第一稳压二极管;L1、第一电感;U1、音频功率放大芯片;U2、CAN收发器芯片;U3、电源隔离芯片;U4、MCU主控单元;F1、电热丝;ESD1:ESD保护二极管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明:
实施例1:
如图1-4所示,本发明所述的多态新能源汽车氛围灯***,包括音频处理模块、ADC处理模块、MCU主控单元U4、上层CAN总线设备、CAN信号处理模块和RGB驱动单元,其中***的输入信号为车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,音频处理模块接收输出的音频信号进行音频信号的初步处理,音频处理模块连接ADC处理模块,ADC处理模块用于音频参数采集及AD转换,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元U4,上层CAN总线设备通过CAN信号处理模块向MCU主控单元U4发出氛围灯状态的控制指令,MCU主控单元U4解析上述氛围灯状态的控制指令,通过RGB驱动单元控制氛围灯的运行,RGB驱动单元连接所述氛围灯,RGB驱动单元为共阴方式驱动,RGB驱动单元的阳极连接MCU主控单元U4的PWM的输出,实现音频包数据处理,MCU主控单元U4控制PWM输出,实现氛围灯的控制。
***还包括上位机客户端,上位机客户端通过CAN通信连接MCU主控单元U4,实现MCU主控单元U4及氛围灯的开关量使能控制和氛围灯的工作模式控制。
音频处理模块包括LINE_IN+端口、LINE_IN端口、LINE_IN-端口和LINE_SHIELD端口,其中LINE_IN+端口连接音乐信号模拟量输入,LINE_IN端口接入MCU主控单元的ADC端,LINE_IN端口的后方连接有第一二极管D1和第二二极管D2,第一二极管D1和第二二极管D2并联后连接有第一电阻R1和第一电容C1,第一电阻R1和第一电容C1相并联后连接有第二电阻R2和第三电阻R3,第二电阻R2和第三电阻R3相并联后连接第二电容C2,第二电容C2连接有电热丝F1后连接LINE_IN+端口,第二电容C2连接有第一稳压二极管IN1后连接LINE_IN-端口,LINE_IN-端口连接有第一电感L1后连接LINE_SHIELD端口。
LINE_IN+端口接音乐信号模拟量输入,LINE_IN端口为音乐节奏幅值衰减信号提取输出。IN1为TVS瞬态抑制二极管,当两端受到反向瞬态高能量冲击时,将两极间的高阻转变为低阻,吸收高达数千万瓦的浪涌功率,使得两极间的电压箝位在一个安全值,有效地达到保护电路中的精密元器件,以免遭受高浪涌的袭击。第一电感L1用于消除高频噪声和尖峰干扰。在输入信号经第二电容C2滤波,第二电阻R2和第三电阻R3对5V分压处理,经第一电阻R1和第一电容C1组成低通滤波,第一二极管D1、第二二极管D2钳位处理,LINE_IN端口接入MCU主控单元的ADC端,进行量化编码。
CAN信号处理模块包括电源隔离芯片U3、CAN收发器芯片U2、CANH引脚和CANL引脚,电源隔离芯片U3连接CAN收发器芯片U2,电源隔离芯片U3和CAN收发器芯片U2的外部连接有ESD保护二极管ESD1,CANH引脚和CANL引脚通过第十六电阻R16连接到上层CAN总线设备上,CANH引脚和CANL引脚与地之间并联有第十二电容C12和第十三电容C13,用于滤除上层CAN总线设备高频干扰。
ESD1为ESD保护二极管可以起到发生瞬变干扰时的保护作用。为防止过流冲击,CANH和CANL引脚通过一个第十六电阻R16连接到CAN收发器芯片U2上,CANH和CANL脚与地之间并联第十二电容C12和第十三电容C13,用于滤除总线上高频干扰。
音频处理模块还包括音频功率放大芯片U1,音频功率放大芯片U1的2号管脚接地,音频功率放大芯片U1的3号和4号管脚连接有可调电阻R14,可调电阻R14连接有第四电容C4,第四电容C4连接有第十电阻R10和第三电容C3,音频功率放大芯片U1的5号管脚连接有第十一电阻R11和第十一电容C11后连接输出端,第十一电容C11的外部还并联有第十电容C10、第十二电阻R12和第十三电阻R13,音频功率放大芯片U1的1号管脚和8号管脚之间连接有第七电容C7。
如图5所示,音频处理模块也可以通过图5的电路进行实现,将声音信号转换成模拟电压信号供MCU主控单元AD采样处理。采用3.3V供电电压,通过第十电阻R10匹配阻抗,第五电容C5、第六电容C6滤波去耦。信号放大部分,音频功率放大芯片U1采用LM386音频功率放大芯片,低功耗,谐波失真小,增益200内可调。第四电容C4小信号经过耦合电容到LM386音频功率放大芯片输入端,通过可调电阻R14调节输出大小。LM386引脚1和8为电压增益设定端,第七电容C7可调节增益,使用时在引脚7和地之间接旁路电容,引脚2为反相输入端,3为同相输入端,引脚5为输出端,引脚6和4分别为电源和地,输出管脚5后接无源带通滤波部分,采用人声的标准频率300Hz-4kHz,接近人声音频率,经带通处理消除噪声,第十一电容C11、第十三电阻R13决定低频的大小,第十电容C10、第十一电阻R11决定高频的大小。音频参数采集及量化处理后,获取音频信号的声学特征,获取音频的频谱系列,生成所述氛围灯的亮度及颜色变化控制参数,实现氛围灯随外置音乐实时跃动。
RGB驱动单元包括三路输出驱动单元,其中第一路输出驱动单元包括第一三极管Q1、第四电阻R4和第五电阻R5,其中第一三极管Q1的基极连接第四电阻R4和第五电阻R5,第一三极管Q1的集电极连接氛围灯的灯珠,第一三极管Q1的发射极接地,第二路输出驱动单元包括包括第二三极管Q2、第六电阻R6和第七电阻R7,其中第二三极管Q2的基极连接第六电阻R6和第七电阻R7,第二三极管Q2的集电极连接氛围灯的灯珠,第二三极管Q2的发射极接地,第三路输出驱动单元包括包括第三三极管Q3、第八电阻R8和第九电阻R9,其中第三三极管Q3的基极连接第八电阻R8和第九电阻R9,第三三极管Q3的集电极连接氛围灯的灯珠,第三三极管Q3的发射极接地。
如图4所示,DASH_RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE为PWM输出信号,Q1、Q2、Q3为三极管8050,R1、G1、B1为灯珠供电端。MCU主控单元U4输出PWM信号,三极管基级b与集电极e导通,驱动发射极c与集电极e导通,实现对RGB控制。
MCU主控单元U4采用8位内核的STM8S208单片机,程序烧写端口、管脚1为复位端口,采用外部24M晶振,管脚42为SWIM端口,管脚9、44、45为仪表盘PWM端口,管脚26、27、28为车身PWM输出端口,管脚16为背光端口,管脚22为LINE_IN音频采样端口,管脚35、36为CAN总线端口。
氛围灯的状态包括单色静止状态、单色呼吸状态、变色呼吸状态、单色律动状态和变色律动状态。
实施例2:
本发明所述的多态新能源汽车氛围灯的控制方法,包括自动控制模式和手动控制模块,自动控制模式下,MCU主控单元U4、上层CAN总线设备为控制终端,完成对氛围灯各种模式状态下的亮度、颜色变化的控制,其中颜色随音乐变化的快慢可调;手动控制模式下,可通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制;所述的自动控制模式包括以下步骤:
S1:音频处理模块处理车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,提供一个基准电压,处理后,将音频信号转换成模拟参数;
S2:ADC处理模块获取上述音频信号的频谱序列,根据所述频谱序列,生成所述车载范围灯的亮度颜色的数字控制参数,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元(U4);
S3:MCU主控单元U4对ADC处理模块处理的信号值进行逻辑算法处理,对音频包络线提取,CAN信号处理模块接收上层CAN总线设备的控制指令并将控制指令进行解析,控制指令为控制氛围灯的状态模式,状态模式包括:单色静止状态、单色呼吸状态、变色呼吸状态、单色律动状态和变色律动状态;
S4:MCU主控单元U4根据步骤S3中解析的控制指令通过PWM的输出控制RGB驱动单元驱动氛围灯以不同颜色全彩显示,光源亮度不断变化。
步骤S3中氛围灯的状态控制指令具体包括以下:上层CAN总线设备向MCU主控单元U4发送控制氛围灯状态模式的控制指令,MCU主控单元U4根据发送的控制指令通过程序控制氛围灯的状态模式,通过设定一个初始静态颜色值及亮度值、延时计数状态,程序控制延时计数状态,颜色变换快慢可调,氛围灯状态可调;
当处于单色静止状态时,通过程序设置颜色序号及亮度,调整PWM输出,实现氛围灯呈单一颜色状态显示;
当处于单色呼吸状态时,通过程序设置颜色序号及亮度,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以单一颜色状态规律亮暗颜色变化;
当处于变色呼吸状态时,通过程序设置氛围灯以不同颜色状态规律亮暗变化,完成RGB三色的实现;程序设置中呼吸颜色分为初始颜色、中间颜色、中止颜色状态,颜色序号有KEEP、ADD、SUB三种状态,设置变色呼吸状态颜色序号及亮度,经过变色呼吸控制算法,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以不同颜色状态规律亮暗颜色变化;
当处于单色律动状态时,通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,动态效果控制实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,提取过程如下:计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,计数周期N=60,RCT=30;音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,单色律动状态下,RGB处于单色模式状态运行,对提取的音频信号,进行取值逻辑处理,通过动态处理函数调整BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现氛围灯随音乐以单一颜色律动,亮暗颜色变化且变化快慢可调;
当处于变色律动状态时,通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,其中计数周期N=60,RCT=30,计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,对音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,对提取的音频信号进行逻辑取值处理,RGB三基色值均为动态值,BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现随氛围灯随音乐实时律动,亮暗颜色随音乐变化且变化快慢可调。
手动控制模式下,通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制,具体包括:打开CAN通信按钮,上位机客户端与CAN建立通信,运行状态及报文指示灯亮起,进行CAN报文的收发,通过变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸五个按钮可控制氛围灯工作模式,工作模式分为变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸共五种状态,上位机客户端可播放及录取音乐,音量设定大于5,氛围灯处于律动模式时,上位机客户端播放音乐,氛围灯灯珠随音乐律动。
本实施例的工作原理为:控制方法包括自动控制模式和手动控制模块,自动控制模式下,MCU主控单元U4、上层CAN总线设备如中控屏为控制终端,完成对氛围灯各种模式状态下的亮度、颜色变化的控制,其中颜色随音乐变化的快慢可调;手动控制模式下,可通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制;自动控制模式下,音频处理模块处理车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,提供一个基准电压,处理后,将音频信号转换成模拟参数;ADC处理模块获取上述音频信号的频谱序列,根据所述频谱序列,生成所述车载范围灯的亮度颜色控制参数;MCU主控单元U4对ADC处理模块处理的信号值进行逻辑算法处理,对音频包络线提取,CAN信号处理模块接收上层CAN总线控制指令,控制指令为氛围灯的状态:单色静止状态、单色呼吸状态、变色呼吸状态、单色律动状态和变色律动状态,针对不同状态,MCU主控单元U4完成RGB控制方法的实现;控制RGB驱动单元驱动氛围灯以不同颜色全彩显示,光源亮度不断变化。
氛围灯的状态模式具体包括以下:上层CAN总线设备向MCU控制单元U4输出一个氛围灯的状态模式的控制指令,MCU控制单元U4接收指令后,首先设定一个初始静态颜色值及亮度值、延时计数状态,程序控制延时计数状态值,颜色变换值快慢可调,氛围灯模式状态可调;
如指令是氛围灯处于单色静止状态,MCU控制单元U4通过设置颜色序号及亮度,调整PWM输出,实现氛围灯呈单一颜色状态显示。
设置静态颜色,Set_StaticColor(u8 color_num,float brightness),
color_num->要设置的颜色序号;brightness->亮度。
red_value=(u16)(((float)Color_Buf[color_num-1][0])/255.0*2999.0*brightness);
green_value=(u16)(((float)Color_Buf[color_num-1][1])/255.0*2999.0*brightness);
blue_value=(u16)(((float)Color_Buf[color_num-1][2])/255.0*2999.0*brightness);
如指令是氛围灯处于单色呼吸状态,通过设置颜色序号及亮度,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以单一颜色状态规律亮暗颜色变化;
void Set_StaticColor0(u8 red_v,u8 green_v,u8 blue_v,float brightness)为设置静态颜色函数
其中red_v,green_v,blue_v->要设置的颜色序号;brightness->亮度
red_value=(u16)(red_v/255.0*2999.0*brightness);
green_value=(u16)(green_v/255.0*2999.0*brightness);
blue_value=(u16)(blue_v/255.0*2999.0*brightness);
如指令是氛围灯处于变色呼吸状态,氛围灯以不同颜色状态规律亮暗变化,完成RGB三色的实现;呼吸颜色分为初始颜色、中间颜色、中止颜色状态,颜色序号有KEEP、ADD、SUB三种状态,设置变色呼吸状态颜色序号及亮度,经过变色呼吸控制算法,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以不同颜色状态规律亮暗颜色变化;
如指令是氛围灯处于单色律动状态,MCU控制单元U4通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,动态效果控制实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,提取过程如下:计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,计数周期N=60,RCT=30;音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,单色律动状态下,RGB处于单色模式状态运行,对提取的音频信号,进行取值逻辑处理,通过动态处理函数调整BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现氛围灯随音乐以单一颜色律动,亮暗颜色变化且变化快慢可调;
如指令是氛围灯处于变色律动状态,MCU控制单元U4通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,其中计数周期N=60,RCT=30,计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,对音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,对提取的音频信号进行逻辑取值处理,RGB三基色值均为动态值,BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现随氛围灯随音乐实时律动,亮暗颜色随音乐变化且变化快慢可调。
如图8所示,在手动控制模式下,打开CAN通信按钮,上位机客户端与CAN建立通信,运行状态及报文指示灯亮起,可进行CAN报文的收发。变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸五个按钮可控制氛围灯工作模式,工作模式分为变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸共五种状态。上位机可播放及录取音乐。音量设定大于5,氛围灯处于律动模式时,客户端播放音乐,氛围灯灯珠随音乐律动。
采用以上结合附图描述的本发明的实施例的多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法,针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种多态新能源汽车氛围灯***及其控制方法,实现氛围灯的多种状态的控制,解决了现有技术中出现的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式,在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:包括音频处理模块、ADC处理模块、MCU主控单元(U4)、上层CAN总线设备、CAN信号处理模块和RGB驱动单元,其中***的输入信号为车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,音频处理模块接收输出的音频信号进行音频信号的初步处理,音频处理模块连接ADC处理模块,ADC处理模块用于音频参数采集及AD转换,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元(U4),上层CAN总线设备通过CAN信号处理模块向MCU主控单元(U4)发出氛围灯状态的控制指令,MCU主控单元(U4)解析上述氛围灯状态的控制指令,通过RGB驱动单元控制氛围灯的运行,RGB驱动单元连接所述氛围灯,RGB驱动单元为共阴方式驱动,RGB驱动单元的阳极连接MCU主控单元(U4)的PWM的输出,实现音频包数据处理,MCU主控单元(U4)控制PWM输出,实现氛围灯的控制。
2.根据权利要求1所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:所述的***还包括上位机客户端,上位机客户端通过CAN通信连接MCU主控单元(U4),实现MCU主控单元(U4)及氛围灯的开关量使能控制和氛围灯的工作模式控制。
3.根据权利要求1所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:所述的音频处理模块包括LINE_IN+端口、LINE_IN端口、LINE_IN-端口和LINE_SHIELD端口,其中LINE_IN+端口连接音乐信号模拟量输入,LINE_IN端口接入MCU主控单元的ADC端,LINE_IN端口的后方连接有第一二极管(D1)和第二二极管(D2),第一二极管(D1)和第二二极管(D2)并联后连接有第一电阻(R1)和第一电容(C1),第一电阻(R1)和第一电容(C1)相并联后连接有第二电阻(R2)和第三电阻(R3),第二电阻(R2)和第三电阻(R3)相并联后连接第二电容(C2),第二电容(C2)连接有电热丝(F1)后连接LINE_IN+端口,第二电容(C2)连接有第一稳压二极管(IN1)后连接LINE_IN-端口,LINE_IN-端口连接有第一电感(L1)后连接LINE_SHIELD端口。
4.根据权利要求1所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:所述的CAN信号处理模块包括电源隔离芯片(U3)、CAN收发器芯片(U2)、CANH引脚和CANL引脚,电源隔离芯片(U3)连接CAN收发器芯片(U2),电源隔离芯片(U3)和CAN收发器芯片(U2)的外部连接有ESD保护二极管(ESD1),CANH引脚和CANL引脚通过第十六电阻(R16)连接到上层CAN总线设备上,CANH引脚和CANL引脚与地之间并联有第十二电容(C12)和第十三电容(C13),用于滤除上层CAN总线设备高频干扰。
5.根据权利要求1所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:所述的音频处理模块还包括音频功率放大芯片(U1),音频功率放大芯片(U1)的2号管脚接地,音频功率放大芯片(U1)的3号和4号管脚连接有可调电阻(R14),可调电阻(R14)连接有第四电容(C4),第四电容(C4)连接有第十电阻(R10)和第三电容(C3),音频功率放大芯片(U1)的5号管脚连接有第十一电阻(R11)和第十一电容(C11)后连接输出端,第十一电容(C11)的外部还并联有第十电容(C10)、第十二电阻(R12)和第十三电阻(R13),音频功率放大芯片(U1)的1号管脚和8号管脚之间连接有第七电容(C7)。
6.根据权利要求1所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:所述的RGB驱动单元包括三路输出驱动单元,其中第一路输出驱动单元包括第一三极管(Q1)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5),其中第一三极管(Q1)的基极连接第四电阻(R4)和第五电阻(R5),第一三极管(Q1)的集电极连接氛围灯的灯珠,第一三极管(Q1)的发射极接地,第二路输出驱动单元包括包括第二三极管(Q2)、第六电阻(R6)和第七电阻(R7),其中第二三极管(Q2)的基极连接第六电阻(R6)和第七电阻(R7),第二三极管(Q2)的集电极连接氛围灯的灯珠,第二三极管(Q2)的发射极接地,第三路输出驱动单元包括包括第三三极管(Q3)、第八电阻(R8)和第九电阻(R9),其中第三三极管(Q3)的基极连接第八电阻(R8)和第九电阻(R9),第三三极管(Q3)的集电极连接氛围灯的灯珠,第三三极管(Q3)的发射极接地。
7.根据权利要求1所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于:所述的MCU主控单元(U4)采用8位内核的STM8S208单片机,STM8S208单片机的外部连接有程序烧写端口、复位端口、开关按键和电源指示灯。
8.一种多态新能源汽车氛围灯的控制方法,应用于权利要求1-7任一所述的多态新能源汽车氛围灯***,其特征在于,所述的控制方法包括自动控制模式和手动控制模块,自动控制模式下,MCU主控单元(U4)、上层CAN总线设备为控制终端,完成对氛围灯各种模式状态下的亮度、颜色变化的控制,其中颜色随音乐变化的快慢可调;手动控制模式下,可通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制;所述的自动控制模式包括以下步骤:
S1:音频处理模块处理车载DVD或外部手持设备输出的音频信号,提供一个基准电压,处理后,将音频信号转换成模拟参数;
S2:ADC处理模块获取上述音频信号的频谱序列,根据所述频谱序列,生成所述车载范围灯的亮度颜色的数字控制参数,并将处理的音频信号传输至MCU主控单元(U4);
S3:MCU主控单元(U4)对ADC处理模块处理的信号值进行逻辑算法处理,对音频包络线提取,CAN信号处理模块接收上层CAN总线设备的控制指令并将控制指令进行解析,控制指令为控制氛围灯的状态模式,状态模式包括:单色静止状态、单色呼吸状态、变色呼吸状态、单色律动状态和变色律动状态;
S4:MCU主控单元(U4)根据步骤S3中解析的控制指令通过PWM的输出控制RGB驱动单元驱动氛围灯以不同颜色全彩显示,光源亮度不断变化。
9.根据权利要求8所述的多态新能源汽车氛围灯的控制方法,其特征在于,所述的步骤S3中氛围灯的状态控制指令具体包括以下:上层CAN总线设备向MCU主控单元(U4)发送控制氛围灯状态模式的控制指令,MCU主控单元(U4)根据发送的控制指令通过程序控制氛围灯的状态模式,通过设定一个初始静态颜色值及亮度值、延时计数状态,程序控制延时计数状态,颜色变换快慢可调,氛围灯状态可调;
当处于单色静止状态时,通过程序设置颜色序号及亮度,调整PWM输出,实现氛围灯呈单一颜色状态显示;
当处于单色呼吸状态时,通过程序设置颜色序号及亮度,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以单一颜色状态规律亮暗颜色变化;
当处于变色呼吸状态时,通过程序设置氛围灯以不同颜色状态规律亮暗变化,完成RGB三色的实现;程序设置中呼吸颜色分为初始颜色、中间颜色、中止颜色状态,颜色序号有KEEP、ADD、SUB三种状态,设置变色呼吸状态颜色序号及亮度,经过变色呼吸控制算法,调整PWM输出改变单色呼吸灯颜色状态,实现氛围灯以不同颜色状态规律亮暗颜色变化;
当处于单色律动状态时,通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,动态效果控制实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,提取过程如下:计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,计数周期N=60,RCT=30;音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,单色律动状态下,RGB处于单色模式状态运行,对提取的音频信号,进行取值逻辑处理,通过动态处理函数调整BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现氛围灯随音乐以单一颜色律动,亮暗颜色变化且变化快慢可调;
当处于变色律动状态时,通过程序进行动态效果初始颜色设定后,进行动态效果控制实现,实现过程如下:采集ADC处理模块接收的数据,LINE_IN为AD采样端口,采样周期为2ms一次,120ms共采样60组数据,计入AD采样数组,计数周期内数据经处理,完成音频包络线数据提取,其中计数周期N=60,RCT=30,计数周期内满足以下条件:Ui(t)>Uo(t-)时,Uo(t)=Ui(t);当Ui(t)<Uo(t-),Uo(t)=Uo(t-1)*RCT/(RCT+1),其中Uo(t)为实时音频提取数据,Uo(t-)为上次音频提取数据,Ui(t)为实时AD采样数据,对音频包络线提取后,对数据进行动态效果处理,对提取的音频信号进行逻辑取值处理,RGB三基色值均为动态值,BODY_RED、BODY_GREEN、BODY_BLUE、DASH+RED、DASH_GREEN、DASH_BLUE六路PWM输出,实现随氛围灯随音乐实时律动,亮暗颜色随音乐变化且变化快慢可调。
10.根据权利要求8所述的多态新能源汽车氛围灯的控制方法,其特征在于,所述的手动控制模式下,通过氛围灯控制上位机客户端完成对氛围灯的控制,具体包括:打开CAN通信按钮,上位机客户端与CAN建立通信,运行状态及报文指示灯亮起,进行CAN报文的收发,通过变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸五个按钮可控制氛围灯工作模式,工作模式分为变色呼吸、变色律动、单色律动、单色静止、单色呼吸共五种状态,上位机客户端可播放及录取音乐,音量设定大于5,氛围灯处于律动模式时,上位机客户端播放音乐,氛围灯灯珠随音乐律动。
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