一種控制呼吸燈呼吸效果的方法與流程
2023-04-28 07:59:06 2
本發明涉及一種控制呼吸燈呼吸效果的方法，尤其涉及一種利用函數曲線控制呼吸燈呼吸效果的方法。
背景技術：
呼吸燈被廣泛應用於數碼產品，手機、電腦、音響、汽車等各個領域，起到很好的視覺裝飾效果與狀態提示作用。呼吸燈的實現可以通過純粹的硬體電路來完成，也可以通過單片機編程更加靈活的控制其呼吸效果。用單片機控制呼吸燈的呼吸效果，其原理是通過控制pwm的佔空比來完成對led亮度的控制，pwm的佔空比按照一定的規律變化就可以做出呼吸的效果。而呼吸燈呼吸時所需要的pwm佔空比數據，目前都是靠經驗值來給出的，未找到一套便捷直觀的數據生成方法。經驗值的辦法是通過增加，刪除，修改其中的某些數據來改變呼吸效果，不具有可預見性。
因此，現有技術有待改進。
技術實現要素：
針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種控制呼吸燈呼吸效果的方法，旨在克服現有呼吸燈呼吸節奏控制方法不可預見性的缺陷。
本發明的技術方案如下：
一種控制呼吸燈呼吸效果的方法，其中，包括以下步驟：
（1）利用製圖軟體生成一條曲線，對曲線進行採樣，把採樣點值取整後有序的放入到一個數組curdat裡，定義到單片機程序裡，供定時器中斷處理函數調用；
（2）單片機上電後，對定時器進行初始化，設置開啟定時器的溢出中斷，設置定時器預裝載值，同時設置計數頻率，確定pwm的輸出頻率，並配置pwm輸出功能；
（3）開啟定時器，在定時器溢出中斷處理函數裡設置，每當中斷到來，都會把curdat當前索引下的數組值賦給通道比較寄存器ccr，使定時器輸出的pwm佔空比與curdat裡的索引值呈對應關係；如果索引值為數組curdat的最後一個值，把索引值清零，指向數組的開始；否則索引值加一指向數組的下一個值。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，步驟（2）中，設置定時器預裝載的值為所述曲線在採樣範圍內的最大值。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，步驟（1）中所述的製圖軟體為matlab或者origin。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，步驟（1）中所述曲線為正態分布曲線，所述採樣點關於正態分布曲線的對稱軸對稱。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，步驟（1）中所述曲線為高斯曲線，其函數方程式為：。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，步驟（2）中，設置定時器預裝載的值為a，定時器的計數頻率為100a，使定時器每10ms溢出一次，pwm的輸出頻率為100hz。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，所述高斯曲線中，a=1，,為0.5、4或8。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，步驟（1）中，在曲線橫坐標-10到10的範圍內進行200個點的採樣。
所述的控制呼吸燈效果的方法，其中，所述單片機的型號是stm32f1系列，採用定時器tim4中的溢出中斷和定時器的pwm輸出功能。
本發明的有益效果為：本發明提供一種控制呼吸燈呼吸效果的方法，利用製圖軟體，用戶可以自定義函數及相關參數，生成對應形狀的曲線，再通過適當的採樣來產生呼吸燈呼吸時所需要的pwm佔空比數據，把索引對應上述曲線的橫坐標值，pwm佔空比按照一定的比例關係對應曲線的縱坐標值，此時定時器輸出的pwm佔空比與上述曲線形狀相似。單片機按照一定的時間依次輪流調用上述產生的數據，從頭到尾不停循環即可實現對應曲線的呼吸效果。即通過觀察和調整曲線的形狀實現對呼吸燈的呼吸節奏的控制，可以預先定義出曲線的形狀，來感知呼吸的效果，而且形式多樣化。
附圖說明
圖1為本發明實施例中a=1，，分別為0.5、4、8時的三條高斯曲線。
圖2為本發明實施例的步驟流程圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下舉實例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。
本實施例涉及一種控制呼吸燈呼吸效果的方法，其特徵在於，包括以下步驟：
（1）利用製圖軟體生成一條曲線，對曲線進行採樣，把採樣點值取整後有序的放入到一個數組curdat裡（索引即數組的索引，為採樣點的橫坐標值，索引到的數組值為對應取整後的縱坐標值），定義到單片機程序裡，供定時器中斷處理函數調用；
（2）單片機上電後，對定時器進行初始化，設置開啟定時器的溢出中斷，設置定時器預裝載的值和計數頻率，確定pwm的輸出頻率，並配置pwm輸出功能；
（3）開啟定時器，在定時器溢出中斷處理函數中設置，每當中斷到來，都會把curdat當前索引下的數組值賦給通道比較寄存器ccr，使定時器輸出的pwm佔空比與curdat裡的索引值呈對應關係；如果索引值為數組curdat的最後一個值，把索引值清零，指向數組的開始；否則索引值加一指向數組的下一個值。
上述方法利用製圖軟體，用戶可以自定義函數及相關參數，生成對應形狀的曲線，再通過適當的採樣來產生呼吸燈呼吸時所需要的pwm佔空比數據，單片機按照一定的時間依次輪流調用上述產生的數據，從頭到尾不停循環即可實現對應曲線的呼吸效果。即通過觀察和調整曲線的形狀實現對呼吸燈的呼吸節奏的控制，可以預先定義出曲線的形狀，來感知呼吸的效果，而且形式多樣化。
作為優選的實施例，所述的控制呼吸燈效果的方法，步驟（2）中，設置定時器預裝載值為所述曲線在採樣範圍內的最大值。由於定時器輸出的pwm佔空比=通道比較寄存器ccr值/預裝載寄存器arr值，因此，將定時器預裝載值設置為曲線在採樣範圍內的最大值時，輸出pmw佔空比不會超過100%。
實際應用中，可選擇現有的多種製圖軟體生產曲線，比如matlab或者origin，而為了讓呼吸燈的「呼」和「吸」對稱，一般選用類似正態分布的曲線，比如正餘弦曲線、高斯曲線等，且所述採樣點關於正態分布曲線的對稱軸對稱。本實施例選用製圖軟體為matlab生成高斯曲線為例進行說明，具體如何通過函數曲線控制呼吸燈呼吸效果的。
高斯曲線是正態分布中的一條標準曲線，是一個鍾狀的對稱曲線，函數表達式如下：
其中，a表示曲線的峰值，表示曲線的中心位置，表示曲線的寬度，圖1所示為a=1，,分別為0.5、4、8時的三條曲線。如果橫軸表示時間t，縱軸表示歸一化的led亮度值，從上面的三條曲線可以判斷出led燈的呼吸效果：相對，呼吸燈的呼吸要急促一些，而時的呼吸比較緩慢，非常直觀。
本發明以a=1，為例進行說明。利用單片機程序控制pwm的佔空比來控制led的呼吸效果；單片機型號是stm32f103rbt6，用到定時器tim4中的溢出中斷和pwm輸出功能。定時器每隔10ms產生一次溢出中斷來改變pwm輸出的佔空比。
如圖2所示，首先用matlab軟體生成一條高斯曲線，其對應的函數表達式為：；在曲線橫坐標為-10到10的範圍內採集200個點，然後把採樣點值（採樣點對應的縱坐標值）取整後有序的放入到一個無符16位的數組curdat裡，定義到單片機程序裡，供定時器中斷函數調用。需要說明的是：取的點數會影響呼吸的流暢效果，越多越順暢，平滑，本實施例中採樣範圍取-10到10是為了保證兩端的採樣點對應的縱坐標值接近0，從而確保對應輸出的pwm佔空比也接近0，相當於呼吸燈熄滅時的狀態。
單片機上電後，對定時器進行初始化，設置開啟定時器的溢出中斷，設置定時器預裝載的值為a，定時器的計數頻率為100a，這樣定時器每10ms溢出一次，即pwm的輸出頻率為100hz（定時器的溢出頻率為定時器的計數頻率100a除以預裝載寄存器的值a），並配置pwm輸出功能，開啟定時器，每隔10ms就會執行一次溢出中斷處理函數。
在中斷處理函數裡，把curdat當前索引下的數組值賦值給通道比較寄存器ccr，此時定時器輸出的pwm佔空比為ccr/a（≤100%），對應歸一化高斯曲線上採樣點值，如果索引值為數組curdat的最後一個值，把索引值清零，重新指向數組curdat的開始；否則索引值指向數組的下一個值，即索引值+1。本實施例中，curdat裡共有200個數據，而每10ms讀取一個，因此一次呼吸的時間為2s。
綜上所述，本實施例通過matlab軟體根據用戶自定義參數，生成對應形狀的高斯曲線，再通過適當的採樣來產生呼吸燈呼吸時所需要的pwm佔空比數據，單片機按照一定的時間依次輪流調用上述產生的數據，從頭到尾不停循環即可實現對應高斯曲線的呼吸效果。與傳統經驗值法中，通過增加，刪除，修改其中的某些數據來改變呼吸效果相比，此呼吸燈的呼吸節奏可以通過高斯曲線的形狀來觀察，調整而通過曲線的辦法，可以預先定義出曲線的形狀，來感知呼吸的效果，而且形式多樣化。
以上對本發明進行了詳細的介紹，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。