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admin 发表于 2015-4-28 14:54:51

基于加速度传感器阵列定位的无线高亮LED灯光控制系统

1赛题来源及创新特色
        1.1赛题来源及科学意义
        随着社会的不断进步与科学技术的不断发展,人们对我们赖以生存的地球投入了越来越多的关注。世界上大多数国家也充分认识到了环境对人类发展的重要性。这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题。能源资源是经济发展的基础,但是随着经济的发展,很多能源将面临紧缺,要从根本上解决能源问题,除了寻找新的能源,节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施。
       
        推行照明节电技术节约电能是节约能源的一种途径。照明节能的基本原则应是保证不降低工作场所的视觉要求下,力求减少照明系统中的能量损失,最有效地利用电能。目前照明系统采用手动开关,经常出现没有及时开关的现象,从而也造成大量的能源浪费。
       
        出于以上思考,团队成员开始着手准备家居智能照明系统的开发。首先通过布置于室内的基于加速度传感器阵列定位的LED灯光控制系统,判断室内是否有人,如果有人,则通过控制系统算出人的位置,然后打开该位置的LED灯,并调节到合适的亮度。其他地方的LED灯则依照距离远近,控制其亮度。从而实现当用户走到一定范围内的任何位置时,LED灯的自动开关及亮度的调节,避免用户忘记关灯浪费电能。同时实现了很好的LED灯光控制效果,提高了用户的家居体验。
       
        1.2创新特色
        现有的家居灯光控制大部分仍采用手工方式,时常会有因忘记关灯而造成能源浪费的现象。有些智能家居采用红外传感及光强传感结合的方式,可时不时会出现检测不到室内有人而使灯光时亮时暗的的情况。
       
        针对以上的情况,我们组着手准备的基于加速度传感器阵列定位的LED灯光控制系统,在解决以上问题的同时,凸显了以下创新特色:
       

       
[*]                                        实现家居LED灯光的自动控制,同时能够实现温馨、炫彩等不同风格的灯光效果,很大程度上提高了用户的家居体验
       
[*]                                        加速度传感器阵列定位的创新型应用,与家居灯光控制的巧妙结合,是目前市面上未曾见到的
       
[*]                                        对家居灯光的合理控制,达到节能环保的目的
       
[*]                                        加速度传感器阵列还可以在家庭的防入侵中起到很大作用
       
[*]                                        用户不需佩戴任何控制装置,使用的方便性得到很大提升
       
[*]                 模块间的通信采用无线模式,使设备的安装不受限制,方便安装时的布局                                       

        2基于加速度传感器阵列定位的LED灯光控制
        2.1作品简介
       
       
       
        本作品是基于加速度阵列定位的LED灯光控制系统,主要用于家居,能营造出温馨、炫彩等灯光风格,极大地提高了用户的家居体验。
        本作品包含以下模块:
       
[*]                                        数据收发及数据处理:由具有射频功能的ATmega128RFA1组成,同时完成数据收发与处理
       
[*]                                        数据采集模块:由多个加速度传感器组成,以提高定位的精度

       
        2.2工作原理
        2.2.1数据收发及数据处理原理
        Atmel的ATmega128RFA1在单片的无线射频传输方面有着优越的表现。由多个加速度传感器检测室内的震动情况,通过ATmega128RFA1将采集到的数据传输至同样由ATmega128RFA1组成的控制模块,ATmega128RFA1有着足够的处理能力,通过分析得到的数据算出人在一定范围内的较为准确的位置。基于此位置,再通过高亮LED灯的控制产生良好的灯光效果。
       
        大体流程如下:
       
       
       
        2.2.2加速度传感器定位原理
        MXC6202xG/H/M/N芯片是按统一微纳cmos标准制作的物美价廉的双轴加速度计。它通过混合信号处理和集成IIC总线组成一个完整的传感系统,可以直接和微处理器连接而不再需要A/D转换。MXC6202xG/H/M/N芯片测量加速范围±2g,工作在3.0V25℃环境下精度可达到g/512—g/128。动态静态加速都可测量。此类芯片的设计基于空气热对流不需质量块。本设计解决了与技术相关的静摩擦问题,提供了大于50000g的冲击承受。
       
        MEMSIC加速计是按照CMOS工艺集成的双轴测量加速度的装置。装置的工作原理基于热对流,工作像其他加速计一样,不同在于它是一个气泡在MEMSIC装置中。
        一个单一的热源悬浮在单晶硅中的密闭的空间。成组热电偶等间距的分布在热源的四周。在没有加速度时,热源四周的温度阶梯一样,所以所有电偶处的温度相同,热电偶输出电压也就一样。
       
        由于热对流的任意性,加速计的每个方向都可能打破温度的平衡而呈现出非线性,由于温度变化,所以四个热电偶输出地电压就不同。不同的加速与输出地不同电压成直接比例关系。加速计上有两个完全相同的加速度信号线分别用来测量X,Y轴的加速度。
       
        3设备架构及设计方案
       
       
       
       
       
        4性能及技术指标
        4.1AVR性能分析
        基于RF的单片解决方案我们选择了AVR?无线微控制器ATmega128RFA1。
        ATmega128RFA1的性能分析如下:

       
[*]                                        ATmega128RFA1 符合 IEEE 802.15.4标准,集成了爱特梅尔的picoPower? AVR MCU 和一个2.4 GHz 射频 (RF) 收发器。
       
[*]                                        器件包括一个带有嵌入闪存的低功耗、高性能AVR MCU。
       
[*]                                        单芯片设计器件可让设计人员节省电路板空间,更加方便快捷。
       
[*]                                        128kByte内置Flash以及16KB内置SRAM,能满足数据存储的要求
       
[*]                                        功耗低,各个外设可以通过设置禁止或者使能,从而达到节能的目的。
       
[*]                                        高级RISC指令结构,高达16MIPS的处理速度,满足数据处理的要求

        器件的吞吐量达到1MIPS/MHz,无线电收发器的数据数据速率从250kbps到高达2Mbps.
       
        4.2加速度传感器性能分析
       
       
        特征
        通过无铅认证
        IIC快速(≦400KHz)被动模式接口
        1.8V兼容IO
        嵌入式启停和自测
        可用芯片自带温度传感器
        8接点定义7位地址
        2.7V-3.6V可连续运行
        整体CMOS集成电路
        低功耗:<6mAV
        方案优于1mg
        芯片上混合信号处理
        最大承受冲击>50,000g
        小体积封装:5mm*5mm*1.55mm
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