語音控制的智能臺燈設(shè)計

引言隨著智能控制理論研究的深入，且單片機應(yīng)用的普及，家電變得越來越智能化，且價格也變得平民化，日常生活也越來越便利、舒適。隨著家用電器的發(fā)展，臺燈也緊隨智能化發(fā)展的腳步，變得更加高效、智能，傳統(tǒng)使用的臺燈只有照明的功能，滿足不了現(xiàn)代人希望在良好的環(huán)境下學習的愿望。因此，本次臺燈設(shè)計有兩個主要目的：一是具有智能語音識別功能，通過口頭語言來控制開關(guān)燈，提高亮度，降低亮度，從而解放你的雙手，進而可以把更多的精力投入到你的工作和學習當中。二是具有自動亮度調(diào)節(jié)和手動亮度調(diào)節(jié)功能，既可以通過光敏電阻采集外界環(huán)境光線，又可使用按鍵手動調(diào)節(jié)臺燈亮度。這使得生活更輕松智能的同時，也更有利的節(jié)約能源和環(huán)保。1.1研究背景和意義隨著社會的不斷進步和科學技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的臺燈只具有照明功能，無法滿足現(xiàn)代人在良好環(huán)境中學習的愿望。隨著人工智能和單片微型計算機的發(fā)展，臺燈的智能化發(fā)展已成為人們生活的迫切需求。傳統(tǒng)的臺燈調(diào)光方法通常采用一個或兩個檔位調(diào)節(jié)的方式，很難獲得人們感覺舒適的亮度，通常是手動調(diào)光和手動開關(guān)燈，這對人們來說是不方便的。找到打開臺燈的開關(guān)，特別是在黑暗中，并不是那么容易。目前，智能臺燈在控制功能方面相對簡單，臺燈亮度的切換由光電阻器或光敏三極管進行采樣，由控制器處理數(shù)據(jù)后進行亮度調(diào)節(jié)，沒有真正深入的研究智能的臺燈。所以，給人的印象是臺燈功能不便捷且性價比不高，不能滿足人們對其的期望，且如果控制方法是單一的，一旦該控制方法失效，則會給用戶帶來使用上的不便。為了解決現(xiàn)有臺燈的不足，將科學技術(shù)灌輸?shù)饺藗兩畹母鱾€方面，滿足人們的日常需求，順應(yīng)環(huán)保、節(jié)能的生活理念。本文提出了一種基于語音控制的智能臺燈。1.2發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢臺燈的發(fā)展可分為三代：第一代通常使用白熾燈泡、熒光燈管作為光源，供電通常使用220VAC。此種燈具有許多缺點，一個是燈的工作電壓是220VAC，使用中容易出現(xiàn)漏電等危險，另一個是熒光燈存在頻閃效應(yīng)，長時間使用，會對人的眼睛造成較大損傷，且耗電量大。一般來說，此種燈需要手動控制，忘記將其關(guān)閉會浪費資源。第二代臺燈采用LED作為光源。它具有發(fā)光效率高，工作電壓高，能耗低，無輻射，壽命長等優(yōu)點。具有一定的智能化，并且可以在黑暗環(huán)境中自動打開燈。第三代臺燈具有更高的智能性。它是一款由+5V直流電源供電的人體智能臺燈。這一代智能臺燈可用于提醒用戶糾正錯誤的坐姿，并防止脊柱畸形和近視。目前，第三代智能臺燈具有完美的功能和高智能，但市場上的價格普遍較高，這限制了智能臺燈的發(fā)展。目前的智能臺燈在控制功能方面相對單一，主要是通過光電阻器或光電晶體管對環(huán)境照明進行采樣以控制臺燈的開關(guān)機及控制亮度?；蛘呤褂脽後岆娂t外探測或超聲波來檢測是否有人正在接近，實現(xiàn)對臺燈開關(guān)的控制。將語音控制和自動控制與智能臺燈相結(jié)合的研究相對較少。因此，消費者的感覺是臺燈具有單一功能并且太昂貴，并且對用戶的感覺不是完全人性化的，并且沒有足夠的個性。控制功能單一，如果控制功能失效，則給用戶帶來不便。而在臺燈的自動控制中，通常使用光電傳感器或熱釋電紅外探測技術(shù)，該技術(shù)對周圍環(huán)境非常敏感，容易受到外界環(huán)境的影響。例如，家中寵物的存在，可能影響燈的可靠性和穩(wěn)定性。對于調(diào)光方法，一般只選擇一個或兩個級別的檔位，很難提供讓人感到舒適的照明，尤其黑暗中實現(xiàn)對臺燈的控制相對交難，特別是找到一個開關(guān)來打開燈。為了解決現(xiàn)有智能臺燈的不足，將科學技術(shù)融入人們生活的方方面面，提升人們的日常生活指令，營造環(huán)保，環(huán)保節(jié)能的新生活理念。本文提出了基于語音控制的智能LED臺燈及其控制方法。本設(shè)計不只限于臺燈，也可以運用到其他的傳統(tǒng)家用照明或其他遙控家用電器中，從而大大提高了產(chǎn)品的實用性。為了滿足人們的各種亮度要求，燈具中使用的調(diào)光技術(shù)是基于PWM的LED無級調(diào)光技術(shù)，可以調(diào)節(jié)LED的亮度。調(diào)光技術(shù)的應(yīng)用不僅可以大大提高臺燈使用的靈活性和實用性，還可以提高產(chǎn)品的可靠性。臺燈狀態(tài)控制不再是單個機械開關(guān)控制，而是具有多傳感器控制的電子開關(guān)。內(nèi)置語音傳感器，人體紅外傳感器，亮度傳感器和距離傳感器可以監(jiān)控環(huán)境的實時變化。多傳感器技術(shù)的使用可以減少周圍環(huán)境突然變化對燈具的影響，大大提高燈具的穩(wěn)定性和可用性，擴展其功能，使其更加實用、更智能和更節(jié)能。1.3本文主要研究內(nèi)容本設(shè)計以STC89C52RC為控制核心，制定了語音智能臺燈的實現(xiàn)方案，根據(jù)確立的方案進行了硬件、軟件設(shè)計，并完成了實物的制作和調(diào)試。智能臺燈控制方式主要包括自動模式和手動模式，詳細為：1、自動模式（1）采集環(huán)境中光線強度，根據(jù)實際采集值，進行臺燈亮度的自動調(diào)節(jié)，使環(huán)境亮度達到適宜人眼的亮度，實現(xiàn)對人眼的保護。（2）通過語音，實現(xiàn)對臺燈的開、關(guān)、升高亮度和降低亮度的功能；2、手動模式手動控制臺燈的啟動、亮度等級設(shè)定，可調(diào)整臺燈亮度到自己感覺舒適的等級。第2章系統(tǒng)方案論證2.1系統(tǒng)總體方案確定以51單片機為主控制芯片，實現(xiàn)語音控制的智能臺燈功能，包括語音采集模塊、光照強度采集模塊、狀態(tài)指示模塊、照明模塊和按鍵模塊，主要功能為：語音采集模塊：選用LD3320語音識別模塊識別口令，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號提供給單片機，單片機根據(jù)具體指令控制燈的開、關(guān)燈和亮度等級，實現(xiàn)亮度的語音控制；具體指令為“打開臺燈”（臺燈點亮）、“關(guān)閉臺燈”（臺燈關(guān)閉）、“升高亮度”（臺燈亮度升高）、“降低亮度”（臺燈亮度降低）。光照強度采集模塊：選用光敏電阻采集外界光線亮度自動調(diào)節(jié)亮度。狀態(tài)指示模塊：由發(fā)光二極管組成，實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)指示功能，包括4個狀態(tài)指示燈，1個是電源開關(guān)指示燈（紅色發(fā)光二極管）、1個語音模塊工作指示燈（黃色發(fā)光二級管）、1個手動調(diào)節(jié)亮度指示燈（綠色）、一個自動亮度調(diào)節(jié)指示燈（紅色發(fā)光二級管）。按鍵模塊：系統(tǒng)設(shè)計3個按鍵。1個單片機復(fù)位按鍵：該按鍵按下時，單片機復(fù)位，從main函數(shù)開始執(zhí)行程序；1個自動亮度調(diào)節(jié)啟動按鍵，當該按鍵按下時，通過光敏電阻感應(yīng)外界光線，自動調(diào)節(jié)臺燈亮度；1個手動調(diào)節(jié)按鍵：該按鍵可以手動設(shè)置臺燈亮度等級，分為5級可調(diào)。照明模塊：使用PT4115驅(qū)動芯片配合以LED燈，實現(xiàn)光照亮度的調(diào)節(jié)。圖2-1系統(tǒng)整體架構(gòu)圖Fig.2-1Overallarchitectureofthesystem2.2模塊方案論證2.2.1控制器的選擇單片機現(xiàn)在可謂是鋪天蓋地，種類繁多，各個廠商們也在速度、內(nèi)存、功能上各有特點，下面對比常用的51單片機、MSP430單片機，已選擇適合于本設(shè)計的控制器。1.51單片機最早Intel公司推出的單片機系列產(chǎn)品，是最容易上手的單片機。具有豐富的邏輯為操作功能和指令系統(tǒng)，可以稱作經(jīng)典一代。其主要特點為：1）內(nèi)部RAM區(qū)域包含一個雙重功能地址區(qū)域，使操作更加靈活；2）具有乘法、除法指令，極大提高了編程的靈活性；3）可進行按位操作，包含特殊功能寄存器的位操作和按位的邏輯運算。2.MSP430單片機由德州儀器公司推出的低功耗單片機，其主要特點為：1）采用了精簡指令集，尋址方式豐富；2）快速的運算速度，可實現(xiàn)125ns的指令周期；3）超低功耗，芯片的低供電電壓、靈活配置的工作時鐘保證了其較低的功耗；4）提供不同工作模式。5）具有豐富的中斷源，可任意嵌套，使用時靈活方便。51單片機具有易上手、指令豐富的特點，因此本設(shè)計選用51單片機作為控制器。2.2.2語音識別方案選擇方案一：采用DSP實現(xiàn)使用DSP控制器，配合以動態(tài)時間規(guī)整算法，實現(xiàn)語音識別功能，可以解決模板匹配中的發(fā)聲問題。然而，為了實現(xiàn)語音識別功能，需要使用DSP芯片重寫或移植一系列算法，硬件上必須首先預(yù)處理鎖輸入的模擬音頻信號，并在聲學上對其進行建模。該種方式實現(xiàn)較為困難，話費時間可能較長。方案二：使用專用語音芯片選用LD3320非特定人類語音識別芯片。該芯片集成有AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風接口、語音輸出接口等語音識別處理器及外部電路。該芯片不需要閃存和RAM等外部輔助芯片，并且為了節(jié)約能源和效率化直接嵌入到現(xiàn)有產(chǎn)品中，實現(xiàn)語音識別、語音控制、人機之間的相互作用。而且，能夠任意編輯識別出的關(guān)鍵字的列表，所以可以在寄存器中寫入諸如“關(guān)燈，請關(guān)燈，我要關(guān)燈”的控制命令的關(guān)鍵字。綜合考慮，采用方案二。2.2.3光照強度采樣檢測的選擇方案方案一：光敏電阻使用光電阻器對光強度進行采樣，光敏器件通常用于光測量、光控制和光電轉(zhuǎn)換，將光變化轉(zhuǎn)換成電變化，具有電路控制簡單、實現(xiàn)方法簡單的特點。方案二：專用集成芯片使用數(shù)字光照強度檢測芯片，此種芯片價格較高，控制方式較為復(fù)雜。綜合考慮，采用方案一。2.2.4LED驅(qū)動的選擇方案LED是具有負溫度特性的敏感半導(dǎo)體部件，因此在實際使用時必須使用可控制的驅(qū)動器來穩(wěn)定操作狀態(tài)。LED不像普通白熾燈直接連接到220V交流電源那樣工作，典型的LED需要3至4伏的低壓恒流電流驅(qū)動。應(yīng)用在不同場合的LED燈需要配備有不同的驅(qū)動器，因此，有必要選擇穩(wěn)定可靠的LED驅(qū)動器，以達到必要的亮度要求和工作穩(wěn)定性，并確保每個LED的亮度和色度。方案一：分離元件搭建從理論上講，利用FET和運算放大器等獨立元件構(gòu)建LED的恒定電流和電壓絕對是最簡單的。但是，實際應(yīng)用中，需要選擇合適的驅(qū)動方案以保證驅(qū)動器的長期可靠運行，使用分離原件搭建的方式，保證驅(qū)動器長期可靠運行，實現(xiàn)上具有一定的難度，尤其是驅(qū)動效率難以滿足設(shè)計要求，且運算放大器通常需要雙電源工作條件，這增加了電源的設(shè)計難度。此外，很難控制獨立原件的功耗，由于其自身設(shè)計缺陷的原因，導(dǎo)致部分功率轉(zhuǎn)換成熱量，造成了能量的消耗，影響了設(shè)備的壽命和穩(wěn)定性。方案二：集成芯片選用PT4115高調(diào)光比LED恒流驅(qū)動器。PT4115是一款降壓型恒流源LED驅(qū)動器，具有電感電流導(dǎo)通模式，可用于驅(qū)動一個或多個串并聯(lián)LED。PT4115的可調(diào)輸出電流可調(diào)至1.2A。具有較寬的輸入電壓范圍，LED驅(qū)動能力高達幾十瓦特，可適用于許多應(yīng)用。PT4115采用高端電流采樣來設(shè)置平均LED電流，并內(nèi)置功率開關(guān)，可通過該表DIM引腳PWM脈沖的占空比實現(xiàn)調(diào)光。當DIM電壓降至0.3伏以下時，電源開關(guān)關(guān)閉，PT4115進入待機模式，工作電流非常低。為降低設(shè)計難度，同時考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計選用方案二。2.2.5電源設(shè)計方案選擇方案一：使用220VAC經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后實現(xiàn)使用外部220VAC電源，配合以降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓芯片，提供系統(tǒng)所需要的5V電壓。方案二：電池供電使用電池供電，具有好攜帶、獨立使用、重量輕的特點。但是電池，使用時間有限，即使可充電電池，也面臨反復(fù)充電的問題，不能連續(xù)性工作，對使用造成諸多不便。為保證使用的連續(xù)性，臺燈一般使用220VAC供電，臺燈內(nèi)部可設(shè)計電路，將220VAC轉(zhuǎn)換成+5V信號，因此選擇方案一的實現(xiàn)方法。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1控制器硬件電路設(shè)計3.1.1STC89C52RC介紹考慮到本系統(tǒng)所需要的資源，考慮成本，決定選用51系列中的STC89C52RC單片機作為控制器。。同時又可以實現(xiàn)51單片機不能實現(xiàn)的功能，能夠完整的匹配本設(shè)計所需要的功能。其主要特點包括：三個16位定時器/計數(shù)器，全雙工串行口8KB字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，4KBEEPROM；最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選支持兩種軟件選擇省電方式32個I/O端口空閑模式下，CPU停止工作，允許定時器/計數(shù)器、中斷等模塊繼續(xù)工作。圖3-1STC89C52RC單片機引腳圖Fig.3-1STC89C52RCMCUpindiagram3.1.2STC89C52RC最小系統(tǒng)1）晶振電路晶體振蕩器電路是具有一個芯片的微信計算機提供的穩(wěn)定的振蕩頻率。晶體振蕩器是單芯片工作的起點。單芯片的微電腦基于外部晶體振蕩器的節(jié)拍執(zhí)行控制程序，它是單片機的“動力源”。時鐘晶振電路如圖3-2所示。晶振振動頻率為12MHz，同時外接C1、C2兩個30pF的電容，啟動輔助石英晶振啟振的作用。圖3-2時鐘電路Fig.3-2Circuitofclock2）復(fù)位電路MCU的復(fù)位引腳是RST引腳，MCU復(fù)位可分為兩種模式：內(nèi)部復(fù)位模式和外部復(fù)位模式。程序控制內(nèi)部復(fù)位模塊，外部控制由復(fù)位按鈕完成。本設(shè)計采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式，均通過外部復(fù)位電路實現(xiàn)，詳細硬件電路如圖3-3所示。當主板上電后，電源VCC對C3電容充電，初始時，C3兩端電壓為0V，隨著時間的推移，電容兩端的壓降不斷上升，電阻R5兩端的壓降逐漸降低，當reset引腳電壓大于2.4V時，單片機RESET引腳識別為高電平，單片機持續(xù)復(fù)位，不執(zhí)行程序。伴隨著C3兩端充電的繼續(xù)reset引腳電壓逐漸降低，當小于0.4V，單片機識別為低電平，則退出復(fù)位，啟動正常工作。按鍵復(fù)位實現(xiàn)過程為：當K2按鍵按下時，reset引腳與VCC相連，單片機識別為高電平，此時處于復(fù)位過程；當K2按鍵抬起時，reset引腳為接地，單片機識別為低電平，為正常工作狀態(tài)，正常執(zhí)行程序。圖3-3復(fù)位電路Fig.3-3Resetcircuit3.2語音識別模塊設(shè)計3.2.1語音識別模塊介紹LD3320是一款語音識別/聲控芯片，基于非特定人語音識別技術(shù)。提供真正的單芯片語音識別解決方案，LD3320集成了高精度A/D和D/A接口，無需外部輔助閃存和RAM，可實現(xiàn)語音識別、語音控制和人機對話。并且，識別的關(guān)鍵字列表是可動態(tài)編輯的。基于LD3320，即使使用簡單的系統(tǒng)作為主控制芯片，也能輕松的實現(xiàn)語音識別等功能。此芯片的主要特點有：不是特定的語音識別技術(shù)，不需要用戶進行錄音練習。只需將需要識別的關(guān)鍵字以字符串的形式寫入芯片，這樣下次識別時就可以立即生效。內(nèi)置高精度的轉(zhuǎn)換通道，無需再在外部設(shè)置AD芯片。具有較高精度的語音識別。此芯片擁有兩種用戶使用模式，一種是觸發(fā)識別模式，另一種時循環(huán)識別模式。本次設(shè)計使用的是觸發(fā)識別模式，首先對語音識別模塊發(fā)出一級口令“小杰”，如圖3-4所示，主板上對應(yīng)的指示燈點亮，此時模塊進入語音識別過程，用于可以發(fā)出二級口令，如圖3-5所示，即“打開臺燈”（臺燈點亮）、“關(guān)閉臺燈”（臺燈關(guān)閉）、“升高亮度”（臺燈亮度升高）、“降低亮度”（臺燈亮度降低）四種指令中的任一指令，如果匹配成功，則執(zhí)行相應(yīng)的語音控制動作，即打開臺燈、關(guān)閉臺燈、調(diào)光亮度、降低亮度。如此循環(huán)操作識別。圖3-4一級口令狀態(tài)圖Fig.3-4Level1passwordstatusdiagram圖3-5二級口令狀態(tài)圖Fig.3-5Level2passwordstatusdiagram圖3-6LD3320模塊實物圖Fig.3-6LD3320modulephysicalmap3.2.2接口電路設(shè)計LD3320識別語音輸入，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號提供單片機使用，語音輸入控制指令包括“打開臺燈”（臺燈點亮）、“關(guān)閉臺燈”（臺燈關(guān)閉）、“升高亮度”（臺燈亮度升高）、“降低亮度”（臺燈亮度降低）四種，單片機讀取該模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，依據(jù)指令控制LED執(zhí)行相應(yīng)動作。語音識別接口電路如圖3-7所示。使用串口模塊實現(xiàn)對語音模塊的初始化設(shè)置、關(guān)鍵詞寫入，并讀取匹配的結(jié)果。語音識別模塊內(nèi)部集成控制器，對外提供RXD、TXD串行調(diào)試接口，通過該接口可以將修改好的程序下載到模塊控制器內(nèi)部，可以修改的內(nèi)容為：添加語音識別的關(guān)鍵詞和對應(yīng)的識別碼、語音關(guān)鍵詞識別結(jié)果處理函數(shù)等信息。利用該模塊提供的GPIO與51單片機相連，當四種指令識別成功后，會將與單片機相連的IO口拉低，以表示匹配成功，具體為：P00引腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑捍蜷_臺燈指令識別正確；P01引腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑宏P(guān)閉臺燈指令識別正確；P02引腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑赫{(diào)高亮度指令識別正確；P03引腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑赫{(diào)低亮度指令識別正確；單片機通過判斷P00~P03引腳的狀態(tài)，控制光照亮度控制電路，實現(xiàn)相應(yīng)功能，接口電路如圖3-7所示。圖3-7LD3320模塊接口電路Fig.3-7LD3320moduleinterfacecircuit3.3LED驅(qū)動電路設(shè)計3.3.1PT4115驅(qū)動芯片介紹該設(shè)計使用PT4115LED驅(qū)動芯片來驅(qū)動LED，PT4115是一款降壓型恒流源LED驅(qū)動器，具有電感電流導(dǎo)通模式，可用于驅(qū)動一個或多個串并聯(lián)LED。PT4115的可調(diào)輸出電流可調(diào)至1.2A。具有較寬的輸入電壓范圍，LED驅(qū)動能力高達幾十瓦特，可適用于許多應(yīng)用。PT4115采用高端電流采樣來設(shè)置平均LED電流，并內(nèi)置功率開關(guān)，可通過該表DIM引腳PWM脈沖的占空比實現(xiàn)調(diào)光。當DIM電壓降至0.3伏以下時，電源開關(guān)關(guān)閉，PT4115進入待機模式，工作電流非常低。圖3-8PT4115引腳圖Fig.3-8PT4115pindiagram引腳說明SW ：功率開關(guān)的漏端CSN：電路采樣端，CSN和VIN之間連接采樣電阻GND：信號和功率地ExposedPAD：散熱端，貼在PCB板上實現(xiàn)對芯片的降溫DIM：開、關(guān)控制端，模擬或PWM調(diào)光端VIN：電源輸入端控制方式LED平均電流設(shè)置在VIN和CSN之間連接電阻RS，該電阻決定了LED平均電流，計算公式為：（3.1）上述等式是在DIM引腳懸空或DIM引腳上的電壓高于2.5V低于5V的前提下成立的。實際上，RS設(shè)置LED的最大輸出電流，通過調(diào)節(jié)DIM端子的PWM控制信號，LED的實際輸出電流能降至任意值。PWM孔子實現(xiàn)調(diào)光最大平均LED電流由連接在VIN和CSN之間的RS電阻決定。通過向DIM引腳輸入可變因子PWM信號，可以調(diào)節(jié)輸出電流以降低亮度。如下式所示;（3-2）如果高電平小于2.5V，則（3-3）關(guān)斷模式DIM端輸入0.3V以下的低電平，則關(guān)斷電流輸出。軟啟動模式通過將外部電容連接到DIM，電流隨著啟動后電壓的緩慢上升二上升，這樣就能實現(xiàn)軟起動。一般地，外部電容的軟啟動時間約為0.8ms/nF。IC過熱保護(TSD)這個功能設(shè)置在PT4115內(nèi)，用來保證此芯片能夠保持健康的狀態(tài)運行。如果芯片的溫度超過了160攝氏度，芯片因此會受到TSD保護并停止電流輸出。當溫度降至140攝氏度以下的時候，芯片就會恢復(fù)運行。3.3.2LED驅(qū)動電路設(shè)計LED驅(qū)動電路如圖3-7所示，單片機IO口與light_control引腳相連，但light_control引腳為低電平時，LED+輸出電流基本為零，LED熄滅；當light_control引腳輸出一定占空比的PWM信號時，LED+引腳輸出一定電流，此時LED等點亮，改變控制信號的占空比，可以實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。占空比越大，亮度越高；反之，亮度越小。圖3-9PT4115原理圖Fig.3-9PT4115schematic3.4光照采集電路設(shè)計3.4.1光敏電阻的選擇光敏電阻器是利用具有入射光強度的半導(dǎo)體的光電導(dǎo)率的變化而制成的電阻器，又稱之為光電導(dǎo)檢測器光射入的強度大時，電阻值會減小，光的入射強度弱時，電阻值會增加。此外，也會有其他類型的光敏電阻，效果正好相反，光的入射強度強時，電阻值會增加，光的入射強度弱勢，電阻值會減小。內(nèi)光電效應(yīng)是光敏電阻原理的基礎(chǔ)。電極引線連接到半導(dǎo)體光敏材料的兩端并封裝在具有透明窗口的管中以形成光敏電阻。電極導(dǎo)管連接到半導(dǎo)體光敏電阻的頂端，并用帶有透明玻璃的管子密封，以形成光電強度；電極通常被梳理以提高靈敏度；用于產(chǎn)生光電強度的材料主要是半導(dǎo)體。硫磺、硒等在一定波長的光下照射時其強度急劇降低的傳感器，由于所有的光載體都參與了電導(dǎo)，由于一個額外的能量場的作用而產(chǎn)生的飄逸會穿透其能量。電子化在電力的正角度和空洞負吸收能量，這迅速的降低了對光敏電阻阻值的抵抗力。一般地，通過涂層、噴灑、燒結(jié)等方法，形成一種精細的光敏電阻和一種在絕緣基礎(chǔ)上梳理的aum電極，將導(dǎo)線取出，并用半透明的透鏡密封在一個殼體中，以防范潮汐照射對敏感度產(chǎn)生影響。光敏電阻被廣泛用于測量、控制和光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻對光的敏感性（即光譜特性）非常接近人眼對可見光的反應(yīng)。只要眼睛能感覺到光的照射，就會導(dǎo)致其電阻變化。光敏電阻控制電路如圖3-12所示。圖3-10光敏電阻電路Fig.3-10Photosensitiveresistorcircuit3.4.2AD轉(zhuǎn)換芯片的選擇1.芯片介紹本設(shè)計選用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。該芯片具有2個通道。通過采集的電壓變化時，AD就會輸出不同的電壓。ADC0832是一個分辨率為256。所以在計算5/256每一個值是多少，然后就在lcd1602上來顯示就可以了。我們都知道在智能化儀表中或者是一些工業(yè)控制中都是由微型控制計算器或者是處理器來對當前的信息進行處理，處理器讀取數(shù)據(jù)都是都是數(shù)字化的。在我們經(jīng)常用的的時候把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行輸出。轉(zhuǎn)換的原理是采取樣板、保持電路的模擬量和量話。ADC0832有2個通道。芯片具有體積小、兼容性非常高、價格比較便宜。圖3-11ADC0832引腳圖Fig.3-11ADC0832pindiagram2.工作時序ADC0832實現(xiàn)模擬電壓到數(shù)字電壓的轉(zhuǎn)換，具有8個引腳，與單片機相連接時，只需要將片選信號CS、時鐘信號CLK、模擬通道選擇引腳DI、模擬轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出引腳DO與單片機的IO接口相連，即可實現(xiàn)對ADC0832的控制。通信過程中，同一時刻，單片機不會同時控制DI和DO兩個引腳，因此為了節(jié)約單片機IO資源，可以將DO和DI兩個引腳連接到同一個IO口上。當CS為低電平時，ADC0832正常工作；當為高電平時，ADC0832不工作，此時，其余引腳狀態(tài)對芯片不產(chǎn)生影響。啟動轉(zhuǎn)換時，控制CS信號為低電平，直至A/D轉(zhuǎn)換完成，當CS為低時，DI引腳在對一個時鐘脈沖之前需要控制為高電平，啟動ADC0832芯片工作。然后在第二個、第三個脈沖時，單片機控制DI引腳，選擇CHO或者CH1模擬輸入通道。通道選擇結(jié)束后，DI引腳信號無效，單片機可以讀取DO引腳狀態(tài)以獲取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，第四個脈沖下降沿，轉(zhuǎn)換后的Data7數(shù)據(jù)位發(fā)送到DO數(shù)據(jù)線上，在CLK上升沿時，單片機可以讀取該數(shù)據(jù)，第五個脈沖下降沿，轉(zhuǎn)換后的Data6數(shù)據(jù)位發(fā)送到DO數(shù)據(jù)線，在上升沿單片機可以讀取該數(shù)據(jù)。如此循環(huán)，知道第11個脈沖讀取Data0位，讀取完成一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。之后，輸出相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)0位先輸出，直到數(shù)據(jù)8位，至此完成了A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的獲取。時序圖如圖4-1所示。圖3-12ADC0832的工作時序Fig.3-12OperatingTimingoftheADC0832模擬信號輸入通道的選擇是通過寫SGL/DIF和ODD/SIGN實現(xiàn)的，詳細的對應(yīng)關(guān)系是：當SGL/DIF=1，ODD/SIGN=0時，通道0被選中；當SGL/DIF=1，ODD/SIGN=1時，通道1被選中；當SGL/DIF=0，ODD/SIGN=0時，作為差分形式輸入，且CH0引腳為正端、CH1為負端；當SGL/DIF=0，ODD/SIGN=1時，作為差分形式輸入，且CH0引腳為負端、CH1為正端。表3-1通道地址設(shè)置表Tab.3-1Channeladdresssettingtable通道地址通道工作方式說明SGL/DIFODD/SIGNCH0CH100+-差分方式01-+10+單端方式11+電路設(shè)計芯片接口說明：1）CS：片選信號。2）CH0：模擬輸入通道0。3）CH1：模擬輸入通道1。4）GND：地。5）DI：通道控制引腳。6）DO：數(shù)據(jù)引腳。7）CLK：時鐘引腳。8）Vcc/REF：電源/參考電壓引腳。圖3-13AD0832應(yīng)用電路圖Fig.3-13AD0832applicationcircuitdiagram3.5按鍵模塊設(shè)計1.獨立鍵盤獨立按鍵類型使用單個I/O口形成單個按鈕電路。每個按鈕獨占一個I/O口，每個按鈕的操作不會影響其他I/O口的狀態(tài)。在獨立按鈕的4個引腳中，2個是一組，每組中的兩個引腳彼此連接。按下按鈕將再次連接兩個組，換句話說，連接了四個引腳。圖3-14獨立按鍵內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3-14Independentkeyinternalstructurediagram2.矩陣鍵盤矩陣鍵盤也被稱為一系列的鍵盤，有四行的I/O行線和四行的I/O鍵盤，在每一行的交叉點設(shè)置鍵盤這種結(jié)構(gòu)的鍵盤結(jié)構(gòu)可以有效地提高I/O在單片機系統(tǒng)中的使用率，但在程序設(shè)計上時復(fù)雜的。本系統(tǒng)僅適用3個按鍵，數(shù)量不多，因此選用獨立按鍵形式。其中一個復(fù)位按鍵，該按鍵按下時，單片機復(fù)位，從main函數(shù)開始執(zhí)行程序。1個自動亮度調(diào)節(jié)啟動按鍵，當該按鍵按下時，通過光敏電阻感應(yīng)外界光線，自動調(diào)節(jié)臺燈亮度；1個手動調(diào)節(jié)按鍵：該按鍵可以手動設(shè)置臺燈亮度等級，分為5級可調(diào)。電路設(shè)計如圖3-14所示，正常情況下輸入到IO口的為低電平，當按鍵按下時，輸入高電平。圖3-15獨立按鍵電路Fig.3-15Independentbuttoncircuit3.4狀態(tài)指示電路設(shè)計如圖3-16所示，本系統(tǒng)設(shè)計3個狀態(tài)指示燈，一個用于指示手動控制亮度，當使用按鍵調(diào)節(jié)臺燈亮度時，該指示燈點亮；一個用于指示根據(jù)光敏電阻自動調(diào)節(jié)亮度；一個用于指示語音控制亮度，當使用語音控制亮度時，該指示燈點亮。硬件電路設(shè)計如附錄A中所示。圖3-16狀態(tài)指示電路Fig.3-16Statusindicatingcircuit圖3-17狀態(tài)指示燈Fig.3-17Statusindicatorlamp第4章軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計程序設(shè)計流程如下圖4-1所示，首先進行系統(tǒng)初始化工作，包括ADC0832、語音識別模塊等外圍電路的初始化、單片機定時器/IO初始化，而后監(jiān)測自動亮度調(diào)節(jié)按鍵是否按下，如果按下則讀取光敏電阻數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)亮度，如果沒有按下，判斷手動調(diào)節(jié)按鍵是否按下，如果按下則調(diào)節(jié)臺燈亮度。而后監(jiān)測是否有語音控制指令，如果接收到控制指令，則執(zhí)行對應(yīng)的控制動作，如打開臺燈、關(guān)閉臺燈、調(diào)高亮度和調(diào)低亮度。圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖Fig.4-1Systemmainprogramflowchart參數(shù)設(shè)置：intadc_num;//ADC采集亮度參數(shù)ucharld_dc1;//臺燈自動控制亮度檔次參數(shù)ucharld_dc2;//臺燈手動控制亮度檔次參數(shù)intPWM_T;//PWM占空比控制變量intPWM_F;//PWM占空比控制變量ucharSD_YY_num;//手動和語音模式調(diào)節(jié)亮度參數(shù)統(tǒng)計（0-5檔）指令設(shè)置：sbitYY_SB_KD=P0^0;//語音識別控制管腳（打開臺燈）sbitYY_SB_GD=P0^1;//語音識別控制管腳（關(guān)閉臺燈）sbitYY_SB_SG=P0^2;//語音識別控制管腳（升高臺燈亮度）sbitYY_SB_JD=P0^3;//語音識別控制管腳（降低臺燈亮度）第5章系統(tǒng)調(diào)試基于以上設(shè)計思路，進行了實物制作，包括電路板的焊接、軟硬件調(diào)試等，在焊接和調(diào)試中應(yīng)注意如下事項：1）將基板使用銅柱抬起，避免桌面上銅箔粘附到基板上，避免帶有導(dǎo)線的元件與裸銅盤的短路，如圖5-1。圖5-1銅柱圖Fig.5-2Copperbar2）元器件焊接時，需要注意1腳的位置，避免芯片焊反，造成永久損壞。3）使用焊錫應(yīng)均勻，添加的焊料多少要適中，過多可能導(dǎo)致器件之間短路，過少可能導(dǎo)致信號無法正常連接。