基于單片機(jī)的“點燃圣火”展品控制系統(tǒng)

張羅強(qiáng)

摘要：單片機(jī)在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，本文介紹了以單片機(jī)為核心，結(jié)合ISD4004語音芯片、光敏和手握觸發(fā)電路，實現(xiàn)精準(zhǔn)報時、激光檢測與指示等功能，設(shè)計制作東莞科技館“點燃圣火”展品，按設(shè)計方案完成制作后，該展品的控制流程清晰、嚴(yán)謹(jǐn)，具有很強(qiáng)的互動展示效果。

關(guān)鍵詞：展品；控制系統(tǒng)；單片機(jī)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0002-02

1 項目描述

每屆奧運(yùn)會圣火點燃的環(huán)節(jié)都非常激動人心，圣火的點燃方式每次都讓人耳目一新，為了激發(fā)青少年對科學(xué)的興趣，展示光敏傳感器等知識，東莞科技館在光學(xué)展區(qū)設(shè)計制作了“點燃圣火”項目，主要控制部分依靠單片機(jī)和傳感電路實現(xiàn)。

本項目的設(shè)計目標(biāo)為一互動性展品，由3名觀眾同時操作進(jìn)行比賽，也可由一名觀眾獨自參與。展品由火炬臺、激光光源和三架反射鏡操作臺構(gòu)成?；鹁媾_為高3米的六角錐柱，在六角錐柱對稱的三面上，由下到上錯落分布有10個光接收孔，三架反射鏡操作臺對應(yīng)火炬臺上三面光接收孔分布。每架反射鏡操作臺上有一面反射鏡，它的上方懸掛有激光光源，觀眾操作反射鏡上下左右旋轉(zhuǎn)可使光源發(fā)出的光經(jīng)反射鏡反射到火炬臺的光接收孔上，每對準(zhǔn)一個光接收孔，孔里的燈就會發(fā)光。當(dāng)參與觀眾的手握住反射鏡操作手柄后，系統(tǒng)會以語音提醒觀眾：“比賽就要開始，請做好準(zhǔn)備”，并倒計時10秒，10秒后系統(tǒng)啟動。當(dāng)觀眾連續(xù)點亮10個孔后，火炬頂端的火炬便會熊熊燃燒起來（以紅色燈光和風(fēng)機(jī)吹起絲帶效果演示），點燃火炬的觀眾可聽到自己的完成操作的時間成績。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

點燃圣火展項由控制系統(tǒng)、手握觸發(fā)裝置、激光檢測與指示裝置、語音控制裝置等組成（如圖1），利用單片機(jī)和傳感器技術(shù)來實現(xiàn)整個展項的操作和互動。

控制系統(tǒng)是展項的數(shù)據(jù)處理部件，由單片機(jī)及外圍I/O端口構(gòu)成，通過編寫軟件程序駐留單片機(jī)的存儲器中，供CPU調(diào)用。實時處理輸入數(shù)據(jù)。輸出控制信號完成燈的指示和語音播放，完成展項的描述。

手握觸發(fā)裝置相當(dāng)于系統(tǒng)的啟動開關(guān)，利用人體的導(dǎo)電性，當(dāng)雙手分別握住操作手柄兩邊的金屬環(huán)時，主控制器收到信號，系統(tǒng)啟動。

激光檢測用于判斷操作者操作正確多少的檢測裝置，此檢測信號送入單片機(jī)處理，操作正確后指示燈點亮，當(dāng)完成操作正確后位于火炬臺上的火炬將自動點燃，同時有語音為游客的正確操作喝彩。

激光發(fā)射裝置用于發(fā)射激光光源，它掛在火炬的頂上端，光源分別對著三個操作臺上的反射鏡，游客轉(zhuǎn)動操作臺控制反射鏡的角度，將激光光線反射到對應(yīng)的光接收孔。

語音控制裝置采用ISD4004語音存儲芯片對控制語音的同步播放，不同語音的播放將接受單片機(jī)的端口控制。

3 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 控制流程

系統(tǒng)包含兩個狀態(tài)，等待狀態(tài)和工作狀態(tài)。

在等待狀態(tài)時，三個方向的光接收孔內(nèi)的LED燈輪流閃爍，顯示流水燈效果，吸引游客的參與。

當(dāng)系統(tǒng)在等待狀態(tài)檢測到有游客握住手柄兩端時，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，驅(qū)動語音模塊播放提示音，光接收孔內(nèi)的LED燈全部熄滅，變?yōu)榭蓳舭l(fā)狀態(tài)，當(dāng)光接收孔的光敏電阻被光線擊中后，相應(yīng)的LED燈會亮起，系統(tǒng)同時驅(qū)動語音模塊播放“嘭”的聲音，當(dāng)10盞燈全部點亮?xí)r，語音芯片播放勝利的聲音，通過繼電器控制頂部的風(fēng)扇打開吹動紅旗，以示勝利完成任務(wù)。本輪參與結(jié)束后，系統(tǒng)重新復(fù)位，回到等待狀態(tài)。

3.2 狀態(tài)檢測

在把手處安裝有兩個金屬環(huán)，當(dāng)游客觸摸手柄時，通過放大電路輸出一個低電平信號到主控制器host（如圖2），此時2號繼電器進(jìn)入鎖定狀態(tài)，主控制器host驅(qū)動語音模塊播音，主控制器host鎖定客戶端，使客戶端進(jìn)入中斷狀態(tài)，LED燈全部熄滅，同時定時器開始啟動，TR0=1，開始計時。

3.3 擊發(fā)過程

游客通過手柄轉(zhuǎn)動控制激光反射方向，光接收孔內(nèi)裝有并聯(lián)的光敏電阻，當(dāng)光敏電阻接收到激光照射后，電阻變小，通過放大電路輸出低電頻信號，單片機(jī)驅(qū)動相應(yīng)的LED燈點亮，同時驅(qū)動語音芯片播放“嘭”的聲音。

擊發(fā)部分控制代碼：

void gun（）

{

if（flag==0）

{

delay（3）；

L1=1；

L2=1；

…

L10=1；

flag=1；

}

if（flag==1）

{

if（K1==0&&L1==1）

{

L1=0；

out1=0；

delay（10）；

out1=1；

}

…

3.4 擊發(fā)完成

當(dāng)游客將10個光接收孔依次擊發(fā)完成后，客戶端向主控制器host發(fā)送一個低電平信號，以示停止，客戶端又回到流水燈狀態(tài)，主控制器host驅(qū)動頂部風(fēng)扇打開，吹動紅旗，同時驅(qū)動語音模塊播報完成時間，完成后，通過定時器重新復(fù)位。

擊發(fā)完成部分代碼：

…

if（key3==0） //暫停a

{

delay（10）；

if（key3==0）

{

flag=1；

L3=1； //流水燈

L2=0； //上面風(fēng)扇開客戶端＼單片機(jī)斷電

Send（0x01，0x00，0xAF）； //勝利聲音

delay（40）；endprint

Send（0x01，0x00，0xCD）； //''獲勝的是1號選手''

delay（78）；

Send（0x01，0x04，0x06）； //''你用的時間是''

delay（60）；

Send2（a4，a3）； //報時函數(shù)

Send（0x01，0x04，0x38）； //''今天最快的時間是''

delay（75）；

Send3（num）； //今天最快的時間是

num=0； //計數(shù)器清0

L1=0； //鎖住開始

L2=1； //上面風(fēng)扇關(guān)

delay（3）；

L1=1； //解除鎖住開始

L2=1； //上面風(fēng)扇關(guān)

}

while（！key3）；

delay（2）；

while（！key3）；

}

…

系統(tǒng)初始化部分代碼：

void init（）

{

TMOD=0x21；

TH0=（65536-45872）/256；

TL0=（65536-45872）%256；

EA=1； //打開總中斷

ET0=1； //打開定時器允許位

TR0=0； //打開定時器

EX1=1； //外部中斷1開P3.3

IT1=1； //外部中斷方式邊沿觸發(fā)

PCON = 0x00； //波特率不倍增

SCON = 0x50； //串行工作方式設(shè)定，允許接收

TH1 = 0xFd； //定時器1初值高位波特率產(chǎn)生

TL1 = 0xFd； //定時器1初值低位

TR1 = 1； //啟動定時器

ES=1； //串口中斷開啟

}

4 項目運(yùn)行效果

本項目通過單片機(jī)、光敏元件、語音模塊、繼電器等控制部件的聯(lián)動，最終實現(xiàn)展品的互動趣味性展示效果，運(yùn)行穩(wěn)定、互動性強(qiáng)，配合說明牌和講解引導(dǎo)，向廣大青少年科普光敏電阻和傳感電路的相關(guān)知識，展品展示以來，一直具有很高的參與度，深受青少年游客的喜愛，起到了很好的科普作用。endprint