基于加速度傳感器陣列定位的無(wú)線高亮LED燈光控制系統(tǒng)

1賽題來(lái)源及創(chuàng)新特色

1.1賽題來(lái)源及科學(xué)意義

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)我們賴以生存的地球投入了越來(lái)越多的關(guān)注。世界上大多數(shù)國(guó)家也充分認(rèn)識(shí)到了環(huán)境對(duì)人類發(fā)展的重要性。這其中最為重要也是最為緊迫的問(wèn)題就是能源問(wèn)題。能源資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多能源將面臨緊缺，要從根本上解決能源問(wèn)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(yīng)是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺(jué)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(dòng)開(kāi)關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)沒(méi)有及時(shí)開(kāi)關(guān)的現(xiàn)象，從而也造成大量的能源浪費(fèi)。

出于以上思考，團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)始著手準(zhǔn)備家居智能照明系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。首先通過(guò)布置于室內(nèi)的基于加速度傳感器陣列定位的LED燈光控制系統(tǒng)，判斷室內(nèi)是否有人，如果有人，則通過(guò)控制系統(tǒng)算出人的位置，然后打開(kāi)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(yuǎn)近，控制其亮度。從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)用戶走到一定范圍內(nèi)的任何位置時(shí)，LED燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)及亮度的調(diào)節(jié)，避免用戶忘記關(guān)燈浪費(fèi)電能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了很好的LED燈光控制效果，提高了用戶的家居體驗(yàn)。

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(shí)常會(huì)有因忘記關(guān)燈而造成能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。有些智能家居采用紅外傳感及光強(qiáng)傳感結(jié)合的方式，可時(shí)不時(shí)會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)不到室內(nèi)有人而使燈光時(shí)亮?xí)r暗的的情況。

針對(duì)以上的情況，我們組著手準(zhǔn)備的基于加速度傳感器陣列定位的LED燈光控制系統(tǒng)，在解決以上問(wèn)題的同時(shí)，凸顯了以下創(chuàng)新特色：

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

• 加速度傳感器陣列定位的創(chuàng)新型應(yīng)用，與家居燈光控制的巧妙結(jié)合，是目前市面上未曾見(jiàn)到的

• 對(duì)家居燈光的合理控制，達(dá)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(wú)線模式，使設(shè)備的安裝不受限制，方便安裝時(shí)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(jiǎn)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(yíng)造出溫馨、炫彩等燈光風(fēng)格，極大地提高了用戶的家居體驗(yàn)。

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(shí)完成數(shù)據(jù)收發(fā)與處理

2. 數(shù)據(jù)采集模塊：由多個(gè)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(wú)線射頻傳輸方面有著優(yōu)越的表現(xiàn)。由多個(gè)加速度傳感器檢測(cè)室內(nèi)的震動(dòng)情況，通過(guò)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(guò)分析得到的數(shù)據(jù)算出人在一定范圍內(nèi)的較為準(zhǔn)確的位置?；诖宋恢?，再通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)制作的物美價(jià)廉的雙軸加速度計(jì)。它通過(guò)混合信號(hào)處理和集成IIC總線組成一個(gè)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(cè)量加速范圍±2g，工作在3.0V25℃環(huán)境下精度可達(dá)到g/512—g/128。動(dòng)態(tài)靜態(tài)加速都可測(cè)量。此類芯片的設(shè)計(jì)基于空氣熱對(duì)流不需質(zhì)量塊。本設(shè)計(jì)解決了與技術(shù)相關(guān)的靜摩擦問(wèn)題，提供了大于50000g的沖擊承受。

MEMSIC加速計(jì)是按照CMOS工藝集成的雙軸測(cè)量加速度的裝置。裝置的工作原理基于熱對(duì)流，工作像其他加速計(jì)一樣，不同在于它是一個(gè)氣泡在MEMSIC裝置中。

一個(gè)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(méi)有加速度時(shí)，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(duì)流的任意性，加速計(jì)的每個(gè)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(gè)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(jì)上有兩個(gè)完全相同的加速度信號(hào)線分別用來(lái)測(cè)量X，Y軸的加速度。

3設(shè)備架構(gòu)及設(shè)計(jì)方案

4性能及技術(shù)指標(biāo)

4.1AVR性能分析

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

ATmega128RFA1的性能分析如下：

• ATmega128RFA1 符合 IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，集成了愛(ài)特梅爾的picoPower® AVR MCU 和一個(gè)2.4 GHz 射頻 (RF) 收發(fā)器。

• 器件包括一個(gè)帶有嵌入閃存的低功耗、高性能AVR MCU。

• 單芯片設(shè)計(jì)器件可讓設(shè)計(jì)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(chǔ)的要求

• 功耗低,各個(gè)外設(shè)可以通過(guò)設(shè)置禁止或者使能，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

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

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

4.2加速度傳感器性能分析

特征

通過(guò)無(wú)鉛認(rèn)證

IIC快速（≦400KHz）被動(dòng)模式接口

1.8V兼容IO

嵌入式啟停和自測(cè)

可用芯片自帶溫度傳感器

8接點(diǎn)定義7位地址

2.7V-3.6V可連續(xù)運(yùn)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(hào)處理

最大承受沖擊>50,000g

小體積封裝：5mm*5mm*1.55mm