【正文】 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 1 智能 點(diǎn)陣式燈光控制器的中心控制器設(shè)計(jì) 前 言 近年來(lái)隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人與社會(huì)、人與自然的和諧成為人民日益關(guān)注的焦點(diǎn)，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是擺在我們面前的重大課題。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)是人工的、機(jī)械的、離散的。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，在保留其優(yōu)越性的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，真正實(shí)現(xiàn)其智能化，并在智能化的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能和操作方便快捷性能。本文所介紹的智能點(diǎn)陣式燈光開(kāi)關(guān)控制器中核心控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能和智能化的必要前提。 該項(xiàng)目主要是針對(duì)多媒體合堂教室、禮堂、圖書(shū)館閱覽室和課堂教室在進(jìn)行教學(xué)、會(huì)議、自主學(xué)習(xí)等活動(dòng)中，有時(shí) 需要將照明燈光按照窗子的排列方向進(jìn)行“列”進(jìn)行“開(kāi)燈”、“關(guān)燈”控制，而在進(jìn)行多媒體教學(xué)活動(dòng)時(shí)，又需要將全部的照明燈光按照與黑板或者銀幕平行的“行”方向進(jìn)行“開(kāi)燈”、“關(guān)燈”控制。而現(xiàn)有的機(jī)械式開(kāi)關(guān)只能實(shí)現(xiàn)“行”或者“列”一種控制方式，不具有靈活性和通用性，無(wú)法滿足實(shí)際狀態(tài)的需要。另外，經(jīng)常出現(xiàn)在授課前需要打開(kāi)照明燈光，隨著授課時(shí)間的進(jìn)行，陽(yáng)光的光照強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)該關(guān)閉照明燈光，但是無(wú)法中斷授課過(guò)程進(jìn)行“關(guān)燈”操作，甚至于也無(wú)人理會(huì)，經(jīng)常出現(xiàn)“長(zhǎng)明燈”現(xiàn)象；有的時(shí)候，在這些活動(dòng)場(chǎng)所內(nèi)空無(wú)一人，也經(jīng)常出現(xiàn)“ 燈火通明”的空照明現(xiàn)象，極大地浪費(fèi)了能源。鑒于此，研發(fā)設(shè)計(jì)、制作了這一個(gè)通用性、適應(yīng)性高，又具有自動(dòng)光控和人體紅外線控制的“智能點(diǎn)陣式照明燈光集控器”。 智能點(diǎn)陣式控制系統(tǒng) 以臺(tái)灣凌陽(yáng)公司的 SPCE06A16 位單片機(jī)為控制核心；以制作按鍵陣列、光敏檢測(cè)電路和人體紅外線檢測(cè)電路組成輸入控制器；利用電磁繼電器陣列形成開(kāi)關(guān)動(dòng)作陣列板。通過(guò)輸入控制器輸入各種需要的控制信息數(shù)據(jù)，傳入到核心控制器，控制器將輸入的控制請(qǐng)求數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理得到需要的控制編碼數(shù)據(jù)，通過(guò)其端口向開(kāi)關(guān)陣列發(fā)出數(shù)據(jù)控制燈光陣列的“亮”、“滅”動(dòng)作 。 智能點(diǎn)陣式控制器由三部分構(gòu)成： “按鍵陣列”與光照強(qiáng)度檢測(cè)與人體紅外檢測(cè)；以凌陽(yáng) SPCE061A 單片為核心的控制處理模塊；由解碼電路、電磁繼電器陣列組成的開(kāi)關(guān)動(dòng)作陣列。通過(guò)按鍵陣列及相關(guān)檢測(cè)電路模塊向核心控制系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)請(qǐng)求的狀態(tài)信息，核心控制模塊接收到請(qǐng)求信息及檢測(cè)狀態(tài)數(shù)據(jù)后，根據(jù)需聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 2 求通過(guò)其 I/O 口向開(kāi)關(guān)陣列模塊發(fā)出相應(yīng)的控制數(shù)字信息，開(kāi)關(guān)動(dòng)作模塊接收到控制數(shù)據(jù)信息后，由譯碼電路進(jìn)行解碼處理，將解碼得到的控制數(shù)據(jù)傳遞到驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而控制電磁繼電器的吸合或者釋放動(dòng)作，最終控制照明燈具的點(diǎn)亮或者熄滅。 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 3 1．智能點(diǎn)陣式燈光控制器的背景介紹 研究背景 在 多媒體教室、禮堂、圖書(shū)館 、 閱覽室和課堂教室等場(chǎng)所，進(jìn)行不同的課堂教學(xué)時(shí)，對(duì)于燈光的照明方式需求是不同的。 ，可能僅僅需要將遠(yuǎn)離窗戶的中間縱向區(qū)域進(jìn)行照明； 體教學(xué)時(shí)，需要將前方橫向區(qū)域的燈光關(guān)閉，現(xiàn)有的機(jī)械式開(kāi)關(guān)只能完成 縱向或者橫向一種控制 方式 ，不能同時(shí)滿足不同陣列控制的需求； ，進(jìn)行授課或者會(huì)議開(kāi)始的時(shí)候，需要打開(kāi)燈光進(jìn)行照明，隨 著時(shí)間的進(jìn)行，室內(nèi)光照強(qiáng)度變大，需要關(guān)閉燈光時(shí)，也無(wú)人理會(huì)或者不方便關(guān)閉照明燈光，常常出現(xiàn)“長(zhǎng)明燈”； ，教學(xué)、學(xué)習(xí)場(chǎng)所內(nèi)空無(wú)一人時(shí)，也經(jīng)常出現(xiàn)“空照明”現(xiàn)象，這一切情況都極大地浪費(fèi)能源； 基于此，急需設(shè)計(jì)、制作一套智能化的多功能照明燈光控制器，本項(xiàng)目就是圍繞著這一需求進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作。 系統(tǒng)功能 要解決以上所出現(xiàn)的具體問(wèn)題要求控制系統(tǒng)具備以下功能： 每一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)控制陣列每一盞燈。實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)控制功能，可以使任意一盞燈或則任意區(qū)域 的燈亮或滅，達(dá)到靈活控制燈光的目的。 具備行和列控制功能。按下行控制鍵之后，再按下行號(hào)鍵，則對(duì)應(yīng)此行燈泡全亮。再按下列號(hào)鍵，則對(duì)應(yīng)此列燈泡全亮。 系統(tǒng)需安裝有光敏感應(yīng)裝置。當(dāng)光照相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻會(huì)將檢測(cè)到的光信息傳達(dá)到單片機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)熄滅燈泡的功能。從而達(dá)到自動(dòng)控制的功能，以此節(jié)省電能。 ，紅外檢測(cè)器可以將人體的信息傳達(dá)到單片機(jī)，單片機(jī)接收到人體信息時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制功能。當(dāng)室內(nèi)無(wú)人時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出熄滅所有燈光的信號(hào)，熄滅所有的燈泡，達(dá)到節(jié)能的目的。 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 4 基本思路 智能點(diǎn) 陣式燈光開(kāi)關(guān)控制器設(shè)計(jì)核心是對(duì)全部照明燈光進(jìn)行“點(diǎn)陣式”控制，根據(jù)照明場(chǎng)所的需求，自動(dòng)組合成“行”或者“列”進(jìn)行“點(diǎn)亮”和“熄滅”動(dòng)作。另外，再配合以光敏檢測(cè)和人體紅外線檢測(cè)，根據(jù)光照度和紅外線的檢測(cè)結(jié)論進(jìn)行自動(dòng)“熄滅”和“點(diǎn)亮”控制，避免“長(zhǎng)明燈”和“空照明”現(xiàn)象的發(fā)生。 通過(guò)按鍵陣列、 光照強(qiáng)度 檢測(cè)電路、 人體紅外檢測(cè)電路 向核心控制系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)請(qǐng)求 信息，核心控制模塊接收到請(qǐng)求信息及檢測(cè)狀態(tài)數(shù)據(jù)后，根據(jù)需求通過(guò)其 I/O 口向開(kāi)關(guān)陣列模塊發(fā)出相應(yīng)的控制數(shù)字信息，開(kāi)關(guān)動(dòng)作模塊接收到控制數(shù)據(jù)信息 后，由譯碼電路進(jìn)行解碼 處理，將解碼得到的控制數(shù)據(jù)傳遞到驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而控制電磁繼電器的吸合或者釋放動(dòng)作，最終控制照明燈具的點(diǎn)亮或者熄滅。 研究?jī)?nèi)容 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)、制作出一套功能齊全、性能穩(wěn)定可靠、可以直接實(shí)用的照明燈光控制器。 智能點(diǎn)陣式照明燈光集控器的設(shè)計(jì)、制作內(nèi)容主要包括：按鍵陣列電路、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路、人體紅外線檢測(cè)電路 ，電磁繼電器 開(kāi)關(guān)陣列電路，工作電源線路 ，模塊連接線路和核心控制程序代碼設(shè)計(jì)等幾部分。 設(shè)計(jì)控制器的原理圖；選擇元器件及相關(guān)器材；生成 PCB 線路圖；雕刻、制作 PCB 線路板；元器件焊接、制作電子 線路板；設(shè)計(jì)、調(diào)試控制代碼并“寫(xiě)入”單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器；連接輸入線路板、單片機(jī)和開(kāi)關(guān)陣列板。 研究原理 本項(xiàng)目采用行、列掃描方式對(duì)按鍵陣列進(jìn)行識(shí)別處理得到的按鍵編碼；利用光敏電阻進(jìn)行光照強(qiáng)度檢測(cè)，配合軟件的“防抖動(dòng)”處理，獲取到穩(wěn)定、可靠的光控?cái)?shù)據(jù)；采用紅外線檢測(cè)開(kāi)關(guān)識(shí)別教學(xué)場(chǎng)所內(nèi)是否有學(xué)習(xí)人員信息，傳遞到單片機(jī)的輸入端口得到控制數(shù)據(jù)；利用 C 語(yǔ)言環(huán)境設(shè)計(jì)、調(diào)試單片機(jī)的控制程序代碼；選用 ULN2020 作為電磁繼電器的譯碼和驅(qū)動(dòng)芯片控制繼電器的吸合與釋放動(dòng)作，從而控制照明燈光的“亮”、“滅”動(dòng) 作。 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 5 2．智能點(diǎn)陣式燈光控制器的功能介紹 鍵盤(pán)電路與燈光陣列示意圖 圖 鍵盤(pán)電路與燈光陣列示意圖 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)燈光控制功能 鍵盤(pán)電路的前 16 個(gè)功能鍵組成 4x4 鍵盤(pán)陣列，此陣列每一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)控制陣列每一盞燈。 控制方法：如果燈處于熄滅狀態(tài)時(shí)，按下按鍵燈會(huì)變亮，再次按下按鍵時(shí)燈會(huì)熄滅，每次按鍵按下燈會(huì)向相反的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)控制功能，可以使任意位置的燈亮或滅 ， 達(dá)到靈活控制燈光的目的。 行控制和列控制功能 此項(xiàng)能為智能點(diǎn)陣式燈光的主 要功能。鍵盤(pán)電路的第 17 號(hào)和第 18 號(hào)功能鍵分別對(duì)應(yīng)控制燈光陣列的行和列。 控制方法：按下行控制鍵之后，再按下第一行的 1 號(hào)功能鍵，第一行燈泡全亮。依次類推，按下第 4 號(hào)功能鍵對(duì)應(yīng)控制第二、三、四行燈泡的亮與滅。同樣，每次按鍵按下執(zhí)行相反操作。同理，列控制也是如此。 自動(dòng)光照強(qiáng)度控制功能 點(diǎn)陣式燈光控制器安裝有光敏感應(yīng)裝置，光敏電阻通過(guò)三極管連接單片機(jī)。1 2 4 3 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 15 16 17 18 19 20 4x5 鍵盤(pán)陣列 1 3 2 5 4 6 7 8 12 11 10 16 15 14 9 13 4x4 燈光陣列 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 6 當(dāng)光照相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻會(huì)將檢測(cè)到的光信息傳達(dá)到單片機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)熄滅燈泡的功能。從而達(dá)到自動(dòng)控制的功能，以此節(jié)省電能。 自動(dòng)紅外 檢測(cè)控制 點(diǎn)陣式燈光控制器同時(shí)安裝有紅外檢測(cè)裝置，紅外檢測(cè)器可以將人體的信息傳達(dá)到單片機(jī)，單片機(jī)接收到人體信息時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制功能。當(dāng)室內(nèi)無(wú)人時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出熄滅所有燈光的信號(hào)，熄滅燈泡達(dá)到節(jié)能的目的。 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 7 3. 智能 點(diǎn)陣式 燈光控制 系統(tǒng) 研究的主要問(wèn)題 鍵盤(pán)電路的每個(gè)鍵值的區(qū)分與計(jì)算 計(jì)算鍵值采用二進(jìn)制直接推算，編程時(shí)需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制表示，才可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，單片機(jī)所認(rèn)識(shí)的只是“ 0”和“ 1”二進(jìn)制數(shù)值，不可以按照人類的思維主觀的進(jìn)行編寫(xiě)程序。計(jì)算每一個(gè)鍵值都要做到認(rèn) 真、細(xì)心不能出現(xiàn)一點(diǎn)錯(cuò)誤，否則無(wú)法正確的編寫(xiě)程序，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。 環(huán)境光強(qiáng)度采集的問(wèn)題 光敏電阻器的阻值相當(dāng)大，應(yīng)當(dāng)具體的使用萬(wàn)用表測(cè)出其阻值，根據(jù) 光敏電阻器阻值 的變化范圍 ，計(jì)算出電路所需要的連接電阻的阻值，然后設(shè)計(jì)出電路的連接方法， 進(jìn)行原理圖的繪制。 人體信息的紅外采集問(wèn)題 紅外檢測(cè)器需要 9v～ 16v 的電源供電才可以正常工作。 要選擇合適的紅外設(shè)備，否則不能正常工作。 uln2020 與繼電器的連接問(wèn)題 單片機(jī)要與繼電器連接需用驅(qū)動(dòng)， 智能 控制系統(tǒng)采用 uln2020 作為驅(qū)動(dòng)，連接 時(shí)采用倒灌電流接法，才能保證正常工作。 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 8 4 .智能點(diǎn)陣式燈光控制 系統(tǒng) 的模塊 連接 介紹 模塊連接的重要性 要 完成 智能控制功能 ，還需要用 8位的并口排線將各個(gè)線路板相連接。使其成為完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具體的功能。 模塊連接示意圖 圖 模塊連接示意圖 模塊整體調(diào)試 智能點(diǎn)陣式照明燈光控制器主要包括：按鍵陣列模塊、光敏與人體紅外線檢測(cè)電路模塊，電磁繼電器 陣式開(kāi)關(guān)燈光控制器模塊，工作電源線路板模塊。 安裝完畢后，接通電源。分別對(duì) 按鍵陣列模塊、光敏與人體紅 外線檢測(cè)電路模塊，電磁繼電器 陣式開(kāi)關(guān)燈光控制器模塊，工作電源線路板模塊各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，若發(fā)現(xiàn)故障，逐個(gè)排查改進(jìn)直至成功。 人體紅外信號(hào) 光照強(qiáng)度信息 鍵值 鍵盤(pán)控制信息 凌陽(yáng)十六位 單片機(jī) SPCE061A 5x4 控 制 鍵 盤(pán) 陣 列 4x4 燈泡 陣列 自動(dòng)光敏 檢測(cè)電路 自動(dòng)紅外 開(kāi)關(guān)控制電路 驅(qū) 動(dòng) 陣 列 繼 電 器 陣 列 核心控制器控制信息 ~220V 零線 — 火線 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 9 5 . 智能點(diǎn)陣式燈光控制器的中心控制器 的模塊介紹 凌陽(yáng)十六位單片機(jī) SPCE061A 凌陽(yáng)十六位單片機(jī) SPCE061A 簡(jiǎn)介 是繼 μ’nSP? （ Microcontroller and Signal Processor）系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與 SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到 用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存（ FLASH）。較高的處理速度使 μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與 SPCE500A 相比，以μ’nSP? 為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 封裝圖如下： 圖 SPCE061A封裝圖 凌陽(yáng)十六位單片機(jī) SPCE061A 的 性能 16 位 micro μ’nSP? 微處理器；工作電壓 (CPU) VDD 為 ~ (I/O) VDDH為 ~； CPU 時(shí)鐘： ~ ；內(nèi)置 2K 字 SRAM；內(nèi)置 32K FLASH；可編程音頻處理；體振蕩器 。系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )，耗電僅為聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 10 2amp。micro。； 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值 )； 2 個(gè)10位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； 32 位通用可編程輸入 /輸出端口； 14 個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器 A / B，時(shí)基， 2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；使用凌陽(yáng)音頻編碼 SACM_S240 方 式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 7通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制 (AGC)功能；具備串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位 (LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè) (LVD)功能；內(nèi)置在線仿真電路 ICE（ In Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有 WatchDog 功能。 SPCE061A 的 結(jié)構(gòu)介紹 SPCE061A 有兩種封裝片