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基于加速度傳感器陣列定位的無線高亮LED燈光控制系統(tǒng)

作者: 時間:2017-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201706/347392.htm

1賽題來源及創(chuàng)新特色

1.1賽題來源及科學意義

隨著社會的不斷進步與科學技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對我們賴以生存的地球投入了越來越多的關(guān)注。世界上大多數(shù)國家也充分認識到了環(huán)境對人類發(fā)展的重要性。這其中最為重要也是最為緊迫的問題就是能源問題。能源資源是經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ),但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展,很多能源將面臨緊缺,要從根本上解決能源問題,除了尋找新的能源,節(jié)能是關(guān)鍵的也是目前最直接有效的重要措施。

推行照明節(jié)電技術(shù)節(jié)約電能是節(jié)約能源的一種途徑。照明節(jié)能的基本原則應是保證不降低工作場所的視覺要求下,力求減少照明系統(tǒng)中的能量損失,最有效地利用電能。目前照明系統(tǒng)采用手動開關(guān),經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時開關(guān)的現(xiàn)象,從而也造成大量的能源浪費。

出于以上思考,團隊成員開始著手準備家居智能照明系統(tǒng)的開發(fā)。首先通過布置于室內(nèi)的基于陣列系統(tǒng),判斷室內(nèi)是否有人,如果有人,則通過控制系統(tǒng)算出人的位置,然后打開該位置的LED燈,并調(diào)節(jié)到合適的亮度。其他地方的LED燈則依照距離遠近,控制其亮度。從而實現(xiàn)當用戶走到一定范圍內(nèi)的任何位置時,LED燈的自動開關(guān)及亮度的調(diào)節(jié),避免用戶忘記關(guān)燈浪費電能。同時實現(xiàn)了很好的效果,提高了用戶的家居體驗。

1.2創(chuàng)新特色

現(xiàn)有的家居燈光控制大部分仍采用手工方式,時常會有因忘記關(guān)燈而造成能源浪費的現(xiàn)象。有些智能家居采用紅外傳感及光強傳感結(jié)合的方式,可時不時會出現(xiàn)檢測不到室內(nèi)有人而使燈光時亮時暗的的情況。

針對以上的情況,我們組著手準備的基于陣列系統(tǒng),在解決以上問題的同時,凸顯了以下創(chuàng)新特色:

  • 實現(xiàn)家居LED燈光的自動控制,同時能夠?qū)崿F(xiàn)溫馨、炫彩等不同風格的燈光效果,很大程度上提高了用戶的家居體驗

  • 陣列的創(chuàng)新型應用,與家居燈光控制的巧妙結(jié)合,是目前市面上未曾見到的

  • 對家居燈光的合理控制,達到節(jié)能環(huán)保的目的

  • 加速度傳感器陣列還可以在家庭的防入侵中起到很大作用

  • 用戶不需佩戴任何控制裝置,使用的方便性得到很大提升

  • 模塊間的通信采用無線模式,使設(shè)備的安裝不受限制,方便安裝時的布局

2基于加速度傳感器陣列定位的LED燈光控制

2.1作品簡介

本作品是基于加速度陣列定位的LED燈光控制系統(tǒng),主要用于家居,能營造出溫馨、炫彩等燈光風格,極大地提高了用戶的家居體驗。

本作品包含以下模塊:

  1. 數(shù)據(jù)收發(fā)及數(shù)據(jù)處理:由具有射頻功能的ATmega128RFA1組成,同時完成數(shù)據(jù)收發(fā)與處理

  2. 數(shù)據(jù)采集模塊:由多個加速度傳感器組成,以提高定位的精度

2.2工作原理

2.2.1數(shù)據(jù)收發(fā)及數(shù)據(jù)處理原理

Atmel的ATmega128RFA1在單片的無線射頻傳輸方面有著優(yōu)越的表現(xiàn)。由多個加速度傳感器檢測室內(nèi)的震動情況,通過ATmega128RFA1將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至同樣由ATmega128RFA1組成的控制模塊,ATmega128RFA1有著足夠的處理能力,通過分析得到的數(shù)據(jù)算出人在一定范圍內(nèi)的較為準確的位置?;诖宋恢茫偻ㄟ^高亮LED燈的控制產(chǎn)生良好的燈光效果。

大體流程如下:

2.2.2加速度傳感器定位原理

MXC6202xG/H/M/N芯片是按統(tǒng)一微納cmos標準制作的物美價廉的雙軸加速度計。它通過混合信號處理和集成IIC總線組成一個完整的傳感系統(tǒng),可以直接和微處理器連接而不再需要A/D轉(zhuǎn)換。MXC6202xG/H/M/N芯片測量加速范圍±2g,工作在3.0V25℃環(huán)境下精度可達到g/512—g/128。動態(tài)靜態(tài)加速都可測量。此類芯片的設(shè)計基于空氣熱對流不需質(zhì)量塊。本設(shè)計解決了與技術(shù)相關(guān)的靜摩擦問題,提供了大于50000g的沖擊承受。

MEMSIC加速計是按照CMOS工藝集成的雙軸測量加速度的裝置。裝置的工作原理基于熱對流,工作像其他加速計一樣,不同在于它是一個氣泡在MEMSIC裝置中。

一個單一的熱源懸浮在單晶硅中的密閉的空間。成組熱電偶等間距的分布在熱源的四周。在沒有加速度時,熱源四周的溫度階梯一樣,所以所有電偶處的溫度相同,熱電偶輸出電壓也就一樣。

由于熱對流的任意性,加速計的每個方向都可能打破溫度的平衡而呈現(xiàn)出非線性,由于溫度變化,所以四個熱電偶輸出地電壓就不同。不同的加速與輸出地不同電壓成直接比例關(guān)系。加速計上有兩個完全相同的加速度信號線分別用來測量X,Y軸的加速度。

3設(shè)備架構(gòu)及設(shè)計方案

4性能及技術(shù)指標

4.1AVR性能分析

基于RF的單片解決方案我們選擇了AVR®無線微控制器ATmega128RFA1。

ATmega128RFA1的性能分析如下:

  • ATmega128RFA1 符合 IEEE 802.15.4標準,集成了愛特梅爾的picoPower® AVR MCU 和一個2.4 GHz 射頻 (RF) 收發(fā)器。

  • 器件包括一個帶有嵌入閃存的低功耗、高性能AVR MCU。

  • 單芯片設(shè)計器件可讓設(shè)計人員節(jié)省電路板空間,更加方便快捷。

  • 128kByte內(nèi)置Flash以及16KB內(nèi)置SRAM,能滿足數(shù)據(jù)存儲的要求

  • 功耗低,各個外設(shè)可以通過設(shè)置禁止或者使能,從而達到節(jié)能的目的。

  • 高級RISC指令結(jié)構(gòu),高達16MIPS的處理速度,滿足數(shù)據(jù)處理的要求

器件的吞吐量達到1MIPS/MHz,無線電收發(fā)器的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)速率從250kbps到高達2Mbps.

4.2加速度傳感器性能分析

特征

通過無鉛認證

IIC快速(≦400KHz)被動模式接口

1.8V兼容IO

嵌入式啟停和自測

可用芯片自帶溫度傳感器

8接點定義7位地址

2.7V-3.6V可連續(xù)運行

整體CMOS集成電路

低功耗:6mAV

方案優(yōu)于1mg

芯片上混合信號處理

最大承受沖擊>50,000g

小體積封裝:5mm*5mm*1.55mm



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