基于加速度传感器阵列定位的无线高亮LED灯光控制系统

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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