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。

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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