1. 研究目的与意义
随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们对精神文化追求日益注重，演艺厅、剧院和音乐厅等则成为了大家经常光顾的主要场所，在其中观看各类舞台、音乐剧的表演。而在舞台演出中，灯光效果控制是一个必不可少的艺术组成部分，以其独特的手段可以达到表达演员情感、模拟自然环境、创造特殊意境、划分舞台空间等各种演出效果。这就要求在舞台演出时，对灯光的控制既要使得灯光能在演出过程中实现快速切换，又要使得灯光的变化流畅、细腻和准确。因此，这对从事控制舞台灯光的工作人员提出了很高的要求。
在某些特定的舞台演出场景下，为了突出表演的效果，需要用到追光灯，产生一个明亮的光斑，用舞台术语来说是“一个硬而实的光圈”，在表演区域内随着演员的移动而移动。追光灯的历史可以追溯到上世纪早期，此时的追光灯内部结构完全沿用电影放映机的形式来制造，光源采用电极激发碳素棒（carbon）的燃烧产生强照光，安全性低且操作困难。直到1964年，三永在世界范围内第一次成功实现了氩气灯泡水平点灯，开启了现代氙气追光灯的元年。随后伴随微处理器、智能化技术的发展，灯光跟踪照明控制系统开始用于舞台表演。
在目前的舞台演出中，对灯光跟踪的控制方式主要有：（1）人工手动控制：该控制方式伴随追光灯发展的整个历史。在演出时，需要额外的工作人员在高处手动控制灯的照射方向，使得灯光能够跟着演员运动，从而实现灯光实时跟踪的效果。这种方式虽然能够实现灯光跟踪的效果，但是需要额外的工作人员与演员在演出之前进行较长时间的配合练习，并且效率低，安全性差以及费工费力，整体效果不是很好。（2）遥控装置控制：21世纪初，开始出现遥控装置控制追光灯，该方式需要在演出现场安装遥控装置来控制射灯的运动。这种方法仍然需要额外的工作人员，且对于工作人员的技术要求比较高。此外，每次舞台布置必须请专业的工作人员进行安装调试。遥控方式控制射灯会导致工作人员对灯光的照射方向比较难把握，整体的灯光跟踪精度以及自动化程度都很低。因此，这种灯光控制方式适用性很差，并且具有费时费力等缺点。（3）固定演员运动路线和速度：该控制方式相对第二种更不具有灵活性和适用性。这种方式必须事先对演员的运动路径进行规划，而且只能在规定好的路线内运动；否则无法将灯光准确地照射在演员的位置上，从而增加了排练时间，影响了表演效果。（4）高成本的、复杂的、不便于施工的自动跟踪系统方案：例如，在现有的技术中，存在一种自动跟踪系统方案，具体是利用摄像机实时拍摄舞台图像，然后利用图像处理技术来确定人员位置，需要大量图像处理工作，对现场计算机的处理能力要求高。因此，亟待一种低成本且稳定的舞台灯光自动跟踪系统，其可解决人工控制，半自动控制的费事费力，效果不佳问题，同时避免现有自动跟踪系统的方案的系统复杂，成本高的问题。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：
设计一个基于检测技术的演艺厅人员跟踪灯光照明控制系统，实现演艺厅在各种情形下照明的合理和有效控制；该系统应包括：状态检定单元（包括照度、角度及人员方位等）、单片机匹配控制单元、智能照明控制和驱动单元、lcd或者数码显示单元；完成的功能：照度、人员位置、方位、电流等的数据采集、显示、运算处理、按需要控制输出量；电路原理图和硬件电路图设计；软件编程及功能调试。
预期目标：
3. 研究的方法与步骤
演艺厅人员跟踪灯光照明控制系统硬件结构图如图1所示，当单片机启动之后，数据采集模块开始工作，采集电流信号、照度和人员位置信息等参数。数据传输模块包括无线通信模块和数模转换模块，处理采集信号并传送给微处理器。信息处理模块主要负责对采集到的信息进行分析运算，得到可以读取的电流、照度和人员坐标信息，再通过一系列指令之后，结果将显示在lcd/数码显示模块上；同时得到俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机应转动的角度信息并传递给电机驱动模块。控制模块主要负责角度方位控制，开关控制和灯光控制。角度方位控制接收来自微处理器的信号，经过电机驱动模块向电机发送相应的运动指令，以实现射灯对目标人员进行自动跟踪；开关控制和灯光控制主要负责射灯的颜色和功率控制。
4. 参考文献
[1]单片机原理及应用, 张洪润, 孙悦等著[m]. 清华大学出版社. 2008.
[2]系统建模与仿真, 张晓华主编[m]. 清华大学出版社. 2006.
[3]智能照明控制系统, 马小军著[m]. 东南大学出版社. 2009.
5. 计划与进度安排
（1）2022.2.24—2022.3.24查阅资料，撰写开题报告；
（2）2022.3.25—2022.4.14 硬件功能分析，熟悉mcs-51系统指令及编程语言；
（3）2022.4.15—2022.5.5 设计电路原理图、编制应用程序；
