蔡丹丹 胡頌華

（江蘇省啟東折桂中學(xué) 江蘇啟東 226200）

一、緒論

市面上有各式各樣功能的燈，這些燈被用于各種不同的場(chǎng)所，很多學(xué)生在生活中也或多或少地使用過(guò)。本課題就是利用模擬電子元件制作一個(gè)樓道聲控?zé)簦暱責(zé)羰且环N比較“人性化”的燈。這次實(shí)驗(yàn)采用的硬件是科技創(chuàng)客材料包中的元件，使用的軟件是北京師范大學(xué)創(chuàng)客教育實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的一款圖形化編程工具-米思齊（Mixly）。Mixly是一款面向創(chuàng)意電子開(kāi)發(fā)的免費(fèi)開(kāi)源圖形化編程工具，具有軟件界面友好等特點(diǎn)。通過(guò)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們已經(jīng)掌握了如何點(diǎn)亮該種新型的聲控?zé)簦绾芜M(jìn)行自動(dòng)控制等，為設(shè)計(jì)樓道聲控?zé)舻於肆己玫幕A(chǔ)。

二、電路搭建

本課題所搭建的樓道聲控?zé)粝到y(tǒng)，采用的是5V直流電源為系統(tǒng)供電，使用的元件是Arduino Nano主控板、光敏模塊、模擬聲音模塊、LED燈模塊以及3P數(shù)據(jù)線數(shù)根，連接如實(shí)物連接圖所示。電路搭設(shè)：

●光敏模塊連接到模擬引腳A0；

●模擬聲控模塊連接到模擬引腳A2；

●LED燈模塊連接到數(shù)字引腳11。

Arduino是一個(gè)開(kāi)源的電子制作平臺(tái)，Arduino既可以獨(dú)立運(yùn)行，又具備互動(dòng)性。它可以通過(guò)PC的外圍裝置相連接，還能與PC軟件進(jìn)行溝通。Nano擴(kuò)展板給外部電路提供了便捷的物理和電氣連接，同時(shí)給Nano主控板提供了擴(kuò)展能力。

光敏模塊是對(duì)外界光信號(hào)或光輻射有響應(yīng)或轉(zhuǎn)換功能的敏感裝置，是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。它隨著光強(qiáng)的變化而改變其電阻，可以用來(lái)制作光控開(kāi)關(guān)。光照愈強(qiáng)，阻值就愈低；光照愈弱，阻值就愈高。[1]

聲音模塊是一種接收聲波并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的電子器件，它像麥克風(fēng)一樣檢測(cè)周圍環(huán)境中的聲音強(qiáng)度。主要是檢測(cè)當(dāng)前的聲音信號(hào)，并感應(yīng)聲貝的高低輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)值。[2]

實(shí)物連接圖

三、軟件的編寫

根據(jù)光敏傳感器和模擬聲音傳感器的工作原理，來(lái)分析樓道聲控?zé)舻墓ぷ髟硎鞘裁茨?？光線充足，燈常閉；光線不足，感應(yīng)到聲音燈開(kāi)啟，一段時(shí)間后燈關(guān)閉。我們根據(jù)聲控?zé)舻墓ぷ髟?，制作了一個(gè)控制軟件的工作流程圖，再用米思齊軟 件進(jìn)編程。

部分主要程序

在運(yùn)行程序里面我們聲明了一個(gè)亮度控制的函數(shù)，封裝了一段燈泡從亮至滅整個(gè)過(guò)程的程序代碼，在程序執(zhí)行的過(guò)程中一旦光線值大于等于200和聲音值大于等于40，就執(zhí)行了亮度控制，調(diào)用亮度控制函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。

四、聲控?zé)粝到y(tǒng)的功能拓展

聲控?zé)舻耐卣挂唬呵懊嫖覀冊(cè)O(shè)計(jì)的聲控?zé)糁皇强刂屏艘粋€(gè)燈的亮滅，在一些特定的場(chǎng)合需要一個(gè)控制器控制多個(gè)燈泡同時(shí)亮滅?？梢远嘤脦赘?P數(shù)據(jù)線連接燈泡至主控板的數(shù)字引腳上，在程序中添加兩個(gè)循環(huán)，控制幾個(gè)燈泡地點(diǎn)亮和熄滅。

聲控?zé)舻耐卣苟航o電路添加一個(gè)按鍵模塊，預(yù)防聲控?zé)舾袘?yīng)不靈敏或者出現(xiàn)燈泡長(zhǎng)明的現(xiàn)象?？刂瞥绦蚴菑纳现料逻\(yùn)行的，在燈泡被點(diǎn)亮后需要人為通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)熄滅燈泡，我們選擇用中斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)锳rduino Nano板上只有數(shù)字引腳2、3端口可以觸發(fā)中斷，并且引腳2對(duì)應(yīng)的中斷優(yōu)先級(jí)要高于引腳3對(duì)應(yīng)的中斷[2]，所以我們把按鍵模塊連接到數(shù)字引腳2端口。

程序運(yùn)行的過(guò)程中，除了通過(guò)光敏和聲音傳感器來(lái)點(diǎn)亮燈泡以外，還可以通過(guò)按鍵模塊來(lái)點(diǎn)亮。只要在程序中觸發(fā)點(diǎn)亮燈泡的條件判斷語(yǔ)句那，添加邏輯或把按鍵模塊按下點(diǎn)亮燈泡這一條件加上可實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榘存I模塊抬起為1按下為0，所以在獲取的按鍵狀態(tài)前加一個(gè)“非”，只有按鈕按下才點(diǎn)亮。

光線、聲音和按鍵點(diǎn)亮燈泡的條件判斷語(yǔ)句

程序在Arduino Nano上的CPU中具有不同的優(yōu)先級(jí)，中斷程序具有高優(yōu)先級(jí)，CPU會(huì)優(yōu)先執(zhí)行。一旦外部端口觸發(fā)中斷操作，主控板上的CPU會(huì)暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷程序，待中斷程序執(zhí)行完畢后，再返回中斷前暫停的程序繼續(xù)執(zhí)行。Mixly只提供了3種模式支持中斷：上升、下降和改變[2]。

執(zhí)行中斷的程序

在初始化模塊中添加中斷聲明，在聲明函數(shù)的下面添加按鍵模塊的函數(shù)，一旦觸發(fā)中斷執(zhí)行按鍵模塊函數(shù)。由于我們不清楚開(kāi)關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)是抬起還是按下，所以在這里我們選用的中斷模式為改變，一旦數(shù)字引腳2接收到數(shù)據(jù)（無(wú)論是按鍵按下或者抬起），則執(zhí)行按鍵模塊函數(shù)。按鍵模塊函數(shù)的功能是如果燈泡亮則熄滅，如果是燈暗則亮起。數(shù)字引腳2的按鍵模塊的作用是實(shí)現(xiàn)除光線和聲音對(duì)燈泡的控制以外的手動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。

五、小結(jié)

生活中，聲控?zé)粽彰鞯膽?yīng)用非常廣泛，一是安裝便捷、使用智能，二是可以節(jié)約電力資源，三是提前預(yù)防各種因照明不及時(shí)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，人們也不必為在黑暗中摸索開(kāi)關(guān)而煩惱。當(dāng)然，任何產(chǎn)品也有弊端，由于開(kāi)關(guān)的頻率比較高，若燈泡的質(zhì)量不過(guò)關(guān)則壽命會(huì)受到影響，也可能造成一定的噪音污染。

本課題的實(shí)驗(yàn)方案是一種由自然光及聲音互補(bǔ)控制熄與亮的新型智能聲控?zé)粝到y(tǒng)，是由對(duì)聲音敏感的模擬聲音模塊及對(duì)自然光敏感的光敏模塊組成開(kāi)關(guān)來(lái)控制照明用燈，適用于任何可用自然光控制電燈熄亮的場(chǎng)所。特別是在公共場(chǎng)合，它可減少人工開(kāi)關(guān)電燈帶來(lái)的一切麻煩和風(fēng)險(xiǎn)，也避免了忘記關(guān)燈或故意不關(guān)燈而造成的用電浪費(fèi)，達(dá)到了安全可靠、資源節(jié)約、智能便捷的效果。