基于单片机的智能灯光开关系统的设计

◇咸阳师范学院物理与电子工程学院 龚 杰 郝海燕

智能灯光开关系统不仅具备传统灯光开关的功能，还装备了智能语音识别，根据人们的语言命令将原来的被动静止结构变为主动识别的的智慧工具，此外，其还能利用一些独特传感器（光敏传感器、热敏传感、声控传感器）配合语音系统来实现智能开关。该系统以STC89C52单片机作为主控芯片，时钟晶振电路、复位电路、语音识别模块电路、控制电路等电路模块组成，能够在做到自动化、人性化、智能化开关灯的基础之上，实现对家庭中各个房间灯的有效控制以及对电能的有效节约。该系统具有低功耗、高环保、经济绿色、运行可靠的特点，具有广大的发展空间和运用前景。

语音识别用通俗的方式来说就是一种让本没有思想也无法明白人类语言的机器家电等能够做出人类所要求的明白人类的语言所表达的意思并且做出相应的操作。这种技术的应用十分广泛，可应用于家用电器、办公器件甚至医疗等方面，应用前景非常好。它主要包括语言采集、语音训练及语音识别几大方面。传感器（英文：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。将其与家用电器相结合不仅可以控制使其智能化运作，更能在能源的利用上做到绿色、环保、节能。

1 总体方案

该智能灯光开关系统主要由单片机、LED显示屏、灯光开关控制模块、遥控器、光敏传感器、热敏传感器、声控传感器等以及一系列控制电路共同组成。该系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

在该智能灯光开关系统中，当接通电源后，整个系统自动动作完成初始化（其中包括遥控器操作以及各类传感器开启操作），并且与此同时语音模块也自动完成启动操作；当启动进程完成之后，操作者只需在此系统所能感应到的范围之内，说出“开灯”下达命令，或者自身进入按有各类传感器的房间时，则LED做出相应的开灯反应。反之，下达“关闭”语音命令后LED灯实现关闭状态（当人第二次经过门口时系统便会自动检测到，并关灯的指令下达给终端从而执行操作）。此外，还可以通过下达“亮一点”或“暗一点”语音命令来实现对控制LED灯的亮暗程度，并且它也可根据室外光线亮度来实现灯的亮暗程度，达到节能的效果。

2 系统硬件设计

2.1 主控芯片的选择

图2 STC89C52引脚图及实物图

主要是在AT89C51和STC89C52之间选择。STC89C52单片机优缺点如下：

（1）优点：①下载烧录程序容易且便利；②比较容易进行调试；③具备较好的指令集结构。

（2）缺点：①5伏特电压供电；②单片机内集成资源较少且功耗比较高。

AT89C51具有性价比高的优点，但是实现的功能却没有STC89C52芯片多。

2.2 语音识别芯片的选择

语言识别芯片的选择主要在ISD1760、ISD2560和LD3320中考虑，下面分析一下各种芯片的优缺点。ISD1760芯片采样率会随着录音时间段加长而逐渐变低，因此声音的质量也会下降。对于ISD2560语言芯片声音质量会好很多并且使用起来也比较方便，同时录音时间也较长但是只能进行并行控制而不能进行串行控制。在众多的语音芯片中使用最多且也可运用方面广的应属LD3320芯片，因为此型号芯片具有的识别算法是DSP非特定的算法，因此单一芯片就能完成识别工作，它不仅可以识别不同音色不同年龄的声音，而且可以识别出不太标准的普通话，识别率比较高，属于比较好用的一类芯片。

2.3 继电器的选择

继电器的应用极为常见，简单来说就是用于控制在特定的条件下相应系统状态是开启还是关闭，继电器中具有控制系统、被控制系统，它与普通开关的区别是：用小电流或电压经过一些列动作达到最终控制大电流或电压的目的。它是通过线圈接通或断开电引发的电磁铁吸力变大或变小，进而控制触点在吸合或是释放状态，从而对电路通断进行控制。

2.4 各类传感器的选择

3 软件设计

系统设计为一片单片机，通过将语音控制系统以及各类传感器的并联并与单片机相连来实现各类系统对于灯光开关的控制，软件设置的整体流程如下所示。

图3 整体流程图

4 系统测试

该系统通过与各个房间的灯具相联，起到对灯光的开关控制，达到智能化的目标。通过对系统进行实测，结果满足预期目标并且系统运行稳定，最终达到智能控制灯光，方便、智能、快捷人们的生活。

5 结语

本设计由STC89C52单片机、LD3320语音芯片、遥控器、光敏传感器、热敏传感、声控传感器、DC5V电源插座等共同构成，完成了基于单片机的智能灯光设计，并从基于人们舒适、健康、安全、便利的居住环境为背景内容展开，从系统的总体设计着手，引出软硬件对模块设计的详细分析，最终以实物调试和总结收尾，完成相关设计。

智能控制系统的出现顺应市场需求和社会发展的趋势，可以满足人们对便利生活的向往。经过对该智能灯光控制系统的反复测试，可以达到预期所要求的目标，更好地迎合智能化生活，有着广大的发展空间和良好的市场前景，具有较强的实用价值。