基于單片機的智能燈光開關系統的設計

◇咸陽師范學院物理與電子工程學院 龔 杰 郝海燕

智能燈光開關系統不僅具備傳統燈光開關的功能，還裝備了智能語音識別，根據人們的語言命令將原來的被動靜止結構變為主動識別的的智慧工具，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）配合語音系統來實現智能開關。該系統以STC89C52單片機作為主控芯片，時鐘晶振電路、復位電路、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、智能化開關燈的基礎之上，實現對家庭中各個房間燈的有效控制以及對電能的有效節約。該系統具有低功耗、高環保、經濟綠色、運行可靠的特點，具有廣大的發展空間和運用前景。

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的意思并且做出相應的操作。這種技術的應用十分廣泛，可應用于家用電器、辦公器件甚至醫療等方面，應用前景非常好。它主要包括語言采集、語音訓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、環保、節能。

1 總體方案

該智能燈光開關系統主要由單片機、LED顯示屏、燈光開關控制模塊、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。該系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

在該智能燈光開關系統中，當接通電源后，整個系統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；當啟動進程完成之后，操作者只需在此系統所能感應到的范圍之內，說出“開燈”下達命令，或者自身進入按有各類傳感器的房間時，則LED做出相應的開燈反應。反之，下達“關閉”語音命令后LED燈實現關閉狀態（當人第二次經過門口時系統便會自動檢測到，并關燈的指令下達給終端從而執行操作）。此外，還可以通過下達“亮一點”或“暗一點”語音命令來實現對控制LED燈的亮暗程度，并且它也可根據室外光線亮度來實現燈的亮暗程度，達到節能的效果。

2 系統硬件設計

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單片機優缺點如下：

（1）優點：①下載燒錄程序容易且便利；②比較容易進行調試；③具備較好的指令集結構。

（2）缺點：①5伏特電壓供電；②單片機內集成資源較少且功耗比較高。

AT89C51具有性價比高的優點，但是實現的功能卻沒有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，因此聲音的質量也會下降。對于ISD2560語言芯片聲音質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準的普通話，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

繼電器的應用極為常見，簡單來說就是用于控制在特定的條件下相應系統狀態是開啟還是關閉，繼電器中具有控制系統、被控制系統，它與普通開關的區別是：用小電流或電壓經過一些列動作達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，從而對電路通斷進行控制。

2.4 各類傳感器的選擇

3 軟件設計

系統設計為一片單片機，通過將語音控制系統以及各類傳感器的并聯并與單片機相連來實現各類系統對于燈光開關的控制，軟件設置的整體流程如下所示。

圖3 整體流程圖

4 系統測試

該系統通過與各個房間的燈具相聯，起到對燈光的開關控制，達到智能化的目標。通過對系統進行實測，結果滿足預期目標并且系統運行穩定，最終達到智能控制燈光，方便、智能、快捷人們的生活。

5 結語

本設計由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電源插座等共同構成，完成了基于單片機的智能燈光設計，并從基于人們舒適、健康、安全、便利的居住環境為背景內容展開，從系統的總體設計著手，引出軟硬件對模塊設計的詳細分析，最終以實物調試和總結收尾，完成相關設計。

智能控制系統的出現順應市場需求和社會發展的趨勢，可以滿足人們對便利生活的向往。經過對該智能燈光控制系統的反復測試，可以達到預期所要求的目標，更好地迎合智能化生活，有著廣大的發展空間和良好的市場前景，具有較強的實用價值。