基于單片機的智能燈光開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計

◇咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 龔 杰 郝海燕

智能燈光開關(guān)系統(tǒng)不僅具備傳統(tǒng)燈光開關(guān)的功能，還裝備了智能語音識別，根據(jù)人們的語言命令將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)變?yōu)橹鲃幼R別的的智慧工具，此外，其還能利用一些獨特傳感器（光敏傳感器、熱敏傳感、聲控傳感器）配合語音系統(tǒng)來實現(xiàn)智能開關(guān)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機作為主控芯片，時鐘晶振電路、復(fù)位電路、語音識別模塊電路、控制電路等電路模塊組成，能夠在做到自動化、人性化、智能化開關(guān)燈的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)對家庭中各個房間燈的有效控制以及對電能的有效節(jié)約。該系統(tǒng)具有低功耗、高環(huán)保、經(jīng)濟綠色、運行可靠的特點，具有廣大的發(fā)展空間和運用前景。

語音識別用通俗的方式來說就是一種讓本沒有思想也無法明白人類語言的機器家電等能夠做出人類所要求的明白人類的語言所表達(dá)的意思并且做出相應(yīng)的操作。這種技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，可應(yīng)用于家用電器、辦公器件甚至醫(yī)療等方面，應(yīng)用前景非常好。它主要包括語言采集、語音訓(xùn)練及語音識別幾大方面。傳感器（英文：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。將其與家用電器相結(jié)合不僅可以控制使其智能化運作，更能在能源的利用上做到綠色、環(huán)保、節(jié)能。

1 總體方案

該智能燈光開關(guān)系統(tǒng)主要由單片機、LED顯示屏、燈光開關(guān)控制模塊、遙控器、光敏傳感器、熱敏傳感器、聲控傳感器等以及一系列控制電路共同組成。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

在該智能燈光開關(guān)系統(tǒng)中，當(dāng)接通電源后，整個系統(tǒng)自動動作完成初始化（其中包括遙控器操作以及各類傳感器開啟操作），并且與此同時語音模塊也自動完成啟動操作；當(dāng)啟動進程完成之后，操作者只需在此系統(tǒng)所能感應(yīng)到的范圍之內(nèi)，說出“開燈”下達(dá)命令，或者自身進入按有各類傳感器的房間時，則LED做出相應(yīng)的開燈反應(yīng)。反之，下達(dá)“關(guān)閉”語音命令后LED燈實現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)（當(dāng)人第二次經(jīng)過門口時系統(tǒng)便會自動檢測到，并關(guān)燈的指令下達(dá)給終端從而執(zhí)行操作）。此外，還可以通過下達(dá)“亮一點”或“暗一點”語音命令來實現(xiàn)對控制LED燈的亮暗程度，并且它也可根據(jù)室外光線亮度來實現(xiàn)燈的亮暗程度，達(dá)到節(jié)能的效果。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 主控芯片的選擇

圖2 STC89C52引腳圖及實物圖

主要是在AT89C51和STC89C52之間選擇。STC89C52單片機優(yōu)缺點如下：

（1）優(yōu)點：①下載燒錄程序容易且便利；②比較容易進行調(diào)試；③具備較好的指令集結(jié)構(gòu)。

（2）缺點：①5伏特電壓供電；②單片機內(nèi)集成資源較少且功耗比較高。

AT89C51具有性價比高的優(yōu)點，但是實現(xiàn)的功能卻沒有STC89C52芯片多。

2.2 語音識別芯片的選擇

語言識別芯片的選擇主要在ISD1760、ISD2560和LD3320中考慮，下面分析一下各種芯片的優(yōu)缺點。ISD1760芯片采樣率會隨著錄音時間段加長而逐漸變低，因此聲音的質(zhì)量也會下降。對于ISD2560語言芯片聲音質(zhì)量會好很多并且使用起來也比較方便，同時錄音時間也較長但是只能進行并行控制而不能進行串行控制。在眾多的語音芯片中使用最多且也可運用方面廣的應(yīng)屬LD3320芯片，因為此型號芯片具有的識別算法是DSP非特定的算法，因此單一芯片就能完成識別工作，它不僅可以識別不同音色不同年齡的聲音，而且可以識別出不太標(biāo)準(zhǔn)的普通話，識別率比較高，屬于比較好用的一類芯片。

2.3 繼電器的選擇

繼電器的應(yīng)用極為常見，簡單來說就是用于控制在特定的條件下相應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)是開啟還是關(guān)閉，繼電器中具有控制系統(tǒng)、被控制系統(tǒng)，它與普通開關(guān)的區(qū)別是：用小電流或電壓經(jīng)過一些列動作達(dá)到最終控制大電流或電壓的目的。它是通過線圈接通或斷開電引發(fā)的電磁鐵吸力變大或變小，進而控制觸點在吸合或是釋放狀態(tài)，從而對電路通斷進行控制。

2.4 各類傳感器的選擇

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計為一片單片機，通過將語音控制系統(tǒng)以及各類傳感器的并聯(lián)并與單片機相連來實現(xiàn)各類系統(tǒng)對于燈光開關(guān)的控制，軟件設(shè)置的整體流程如下所示。

圖3 整體流程圖

4 系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)通過與各個房間的燈具相聯(lián)，起到對燈光的開關(guān)控制，達(dá)到智能化的目標(biāo)。通過對系統(tǒng)進行實測，結(jié)果滿足預(yù)期目標(biāo)并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，最終達(dá)到智能控制燈光，方便、智能、快捷人們的生活。

5 結(jié)語

本設(shè)計由STC89C52單片機、LD3320語音芯片、遙控器、光敏傳感器、熱敏傳感、聲控傳感器、DC5V電源插座等共同構(gòu)成，完成了基于單片機的智能燈光設(shè)計，并從基于人們舒適、健康、安全、便利的居住環(huán)境為背景內(nèi)容展開，從系統(tǒng)的總體設(shè)計著手，引出軟硬件對模塊設(shè)計的詳細(xì)分析，最終以實物調(diào)試和總結(jié)收尾，完成相關(guān)設(shè)計。

智能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)順應(yīng)市場需求和社會發(fā)展的趨勢，可以滿足人們對便利生活的向往。經(jīng)過對該智能燈光控制系統(tǒng)的反復(fù)測試，可以達(dá)到預(yù)期所要求的目標(biāo)，更好地迎合智能化生活，有著廣大的發(fā)展空間和良好的市場前景，具有較強的實用價值。