基于Zigbee技術多功能臺燈音箱的設計

江蘇省徐州技師學院 劉科建

基于Zigbee技術多功能臺燈音箱的設計

江蘇省徐州技師學院 劉科建

【摘要】現有的臺燈和音箱占據很大空間，所以本文設計了一種新型的多功能音箱。這種新型多功能臺燈音箱可以大大節省桌面空間；可以隨身攜帶，簡單、方便；自身帶蓄電池可以連續播放音樂4小時，照明4.5小時；同時融入Zigee技術可以實現無線遠程控制。

【關鍵詞】臺燈；音箱；Zigbee技術；智能開關

0 引言

我們年輕，我們擁有觀察生活細節的眼睛，我們發現桌子上的臺燈和音箱占據很大空間，所以我們設計了這樣一個音箱，它是將臺燈和音箱結合，這樣可以簡光化桌面，將桌面做的整潔干凈。臺燈將擁有光控感應裝置和聲控裝置，音箱和臺燈可單獨或共同工作互不影響且自帶電源和USB充電功能。同時融入Zigbee技術可以對多功能臺燈音箱的運行，如開啟、關閉、定時等工作狀態進行調節。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議的，也是一種短距離、低功耗的無線通信技術。紫蜂協議來源于蜜蜂“舞蹈”的啟發，由于蜜蜂主要是靠飛翔和發出”嗡嗡”（英文稱zig），抖動翅膀來傳遞花粉、花蜜所在方位等信息給同伴的，也就是說他們使用這種方式來構成一種特殊的群體中的通信網絡。這種通信網絡的特點是距離近、復雜度低、自組織、低功耗、低數據速率等等。

1 多功能臺燈音箱總體設計及實現

1.1 多功能臺燈音箱燈光原理

在圖1所示多功能臺燈音箱燈光的電路原理圖中，CD4011為四個2輸入與非門電路，其功能為有0出1，全1出0。交流電源12V經橋式全波整流和VD2、電容C2濾波獲得直流電壓1.2×12≈14.4V，經限流電阻R1，使VS穩壓管有UZ=+6.2V穩定電壓供給電路（燈亮時UZ有所降低），而燈泡L串于整流電路中。白天時，光敏電阻RG阻值較小，與非門U1A的②腳（TP4）輸入為低電平0態，U1A門被封鎖，即不管U1A的①腳（TP3）為何種狀態，U1A總是出1，U1B出0，U1C輸入端（TP5）為0，U1C出（TP6）1，U1D出0， TP7為低電平，單向晶閘管VT2不導通。在晚上天暗時，RG阻值增大，TP4為高電平1態，U1A門打開，TP3信號可傳送。若無腳步聲或掌聲，駐極體話筒MC無動態信號。偏置電阻（RP2、R4和R3）使VT1的NPN三極管導通，TP3為低電平0態，則U1A出1，其余狀態與上述相同，晶閘管VT2控制極G無觸發信號，故不導通，燈泡L不亮。

晚上當有腳步聲或掌聲時，駐極體話筒MC有動態波動信號輸入到放大電路VT1的基極，由于電容C1的隔直通交作用，加在基極信號相對零電平有正、負波動信號，使集電極輸出端TP3有高電平動態信號為1態，因此使U1A全1出0為負脈沖，而U1B出1為正脈沖，二極管VD1導通對C3充電達5V，TP5也為1，U1C出0，U1D出1為高電平，經R7限流，在單向晶閘管VT2控制極G有觸發信號使VT2導通，橋式全波整流電路中串聯的燈泡L經晶閘管VT2導通，燈泡L點亮。由于晶閘管導通后的UAK正向壓降會降至約1.8V由此VD2用來防止UZ電壓下降，避免影響控制電路電源。在腳步聲消失后，電容C3上的電壓經過R6放電過程，TP5電壓仍為1態，故燈泡L仍亮，直到TP5電壓小于與非門閥值電壓UTH=2 VCC時刻，U1C出1，U1D出0，當UAK過零電壓時，晶閘管VT2截止，整個過程持續約為30～60秒鐘后，燈泡L熄滅。

1.2 多功能臺燈音箱音箱原理

通過音頻線將MP3、MP4等設備的左、右兩路音頻信號輸入到立體聲盤式電位器的輸入端，2路音頻信號再分別經過經過R2、C1、R3、C4耦合到功率放大集成電路CS4863的輸入端6、11腳，U1為低電壓AB類2.2W立體聲音頻供方IC，U1對音頻功率放大后由12，14腳輸出左聲道音頻信號，35腳為右聲道音頻信號，然后推動兩路揚聲器工作，R1和R4為反饋電阻。8，9腳為中點電壓（2.5V），C2為中點電壓濾波電容。C3為電源濾波電容。

1.3 Zigbee開關系統設計

本多功能音箱的Zigbee智能開關系統是主要利用Zigbee無線自組網技術，實現了對臺燈、音箱的開關量等的無線控制，并且按其功能可以分為單個控制和局域控制。

圖1 臺燈燈光原理圖

開關系統的硬件是由臺燈驅動模塊、音箱驅動模塊、電源驅動模塊和Zigbee無線傳輸模塊等組成。是基于zigbee技術的優異性能，做一個遠程無線智能控制開關，這樣可以簡捷的控制我們的多功能臺燈音箱。這個無線智能控制開關無線通訊模塊的核心在于CC2530芯片的靈活使用，我們采用了兩塊CC2530芯片來搭建整個智能系統，通過使用兩塊芯片分別作為發送信號端和接受輸出信號端，構建一個智能開關控制系統，最終成功地實現了遠程無線控制的功能。開關系統的軟件系統部分主要在兩個CC2530芯片中集成了程序，通過多次進行的程序優化，成功而又高效地實現了無線傳輸。無線智能控制開關系統的主程序流程圖如圖2所示。

圖2 Zigbee開關系統主程序流程圖

圖3 多功能臺燈音響效果圖

2 多功能臺燈音箱（見圖3）操作方法及功能

（1）臺燈光控裝置感應到周邊環境時會自動啟動聲控模式，此時感應到聲音后就能自動亮起，120秒后燈光自動關閉；

（2）如不需要聲控功能長按此按鍵3秒以上即可關閉，如需再啟動聲控功能只需快速按兩下，聲控模式恢復。

（3）當感應周邊環境光線明亮時臺燈聲控模式自動關閉。

（4）同時兼備普通臺燈使用功能，按一下開關按鍵即可啟動臺燈，再次按一下關閉燈光。

（5）如需要播放音樂，則需要打開音頻開關后連接音頻設備。

（6）USB接口充電，3.5mm雙向音源線。

（7）通過遙控器實現無線控制。

3 結束語

以上設計了一種新型的多功能臺燈音箱，并對音箱方案進行了簡要說明。同時融入Zigbee技術對臺燈音箱控制系統進行了重新設計，經過設計可以進行無線操控。所設計的臺燈音箱可以大大節省桌面空間；可以隨身攜帶，簡單、方便；自身帶蓄電池可以連續播放音樂4小時，照明4.5小時；可以實現無線遠程控制。以后將不斷完善該音箱，使之可以更好的服務于電腦和手機的運用。

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作者簡介：

劉科建（1983—），男，研究生，講師，研究方向：電工電子、自動化等。