基于加速度傳感器陣列定位的無(wú)線(xiàn)高亮LED燈光控制系統
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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(zhù)社會(huì )的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對我們賴(lài)以生存的地球投入了越來(lái)越多的關(guān)注。世界上大多數國家也充分認識到了環(huán)境對人類(lèi)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)濟發(fā)展的基礎，但是隨著(zhù)經(jīng)濟的發(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。
推行照明節電技術(shù)節約電能是節約能源的一種途徑。照明節能的基本原則應是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺(jué)要求下，力求減少照明系統中的能量損失，最有效地利用電能。目前照明系統采用手動(dòng)開(kāi)關(guān)，經(jīng)常出現沒(méi)有及時(shí)開(kāi)關(guān)的現象，從而也造成大量的能源浪費。
出于以上思考，團隊成員開(kāi)始著(zhù)手準備家居智能照明系統的開(kāi)發(fā)。首先通過(guò)布置于室內的基于加速度傳感器陣列定位的LED燈光控制系統，判斷室內是否有人，如果有人，則通過(guò)控制系統算出人的位置，然后打開(kāi)該位置的LED燈，并調節到合適的亮度。其他地方的LED燈則依照距離遠近，控制其亮度。從而實(shí)現當用戶(hù)走到一定范圍內的任何位置時(shí)，LED燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)及亮度的調節，避免用戶(hù)忘記關(guān)燈浪費電能。同時(shí)實(shí)現了很好的LED燈光控制效果，提高了用戶(hù)的家居體驗。
1.2創(chuàng )新特色
現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)燈而造成能源浪費的現象。有些智能家居采用紅外傳感及光強傳感結合的方式，可時(shí)不時(shí)會(huì )出現檢測不到室內有人而使燈光時(shí)亮時(shí)暗的的情況。
針對以上的情況，我們組著(zhù)手準備的基于加速度傳感器陣列定位的LED燈光控制系統，在解決以上問(wèn)題的同時(shí)，凸顯了以下創(chuàng )新特色：
實(shí)現家居LED燈光的自動(dòng)控制，同時(shí)能夠實(shí)現溫馨、炫彩等不同風(fēng)格的燈光效果，很大程度上提高了用戶(hù)的家居體驗
對家居燈光的合理控制，達到節能環(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(hù)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(xiàn)模式，使設備的安裝不受限制，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，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(hù)的家居體驗。
本作品包含以下模塊：
數據收發(fā)及數據處理：由具有射頻功能的ATmega128RFA1組成，同時(shí)完成數據收發(fā)與處理
數據采集模塊：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數據收發(fā)及數據處理原理
Atmel的ATmega128RFA1在單片的無(wú)線(xiàn)射頻傳輸方面有著(zhù)優(yōu)越的表現。由多個(gè)加速度傳感器檢測室內的震動(dòng)情況，通過(guò)ATmega128RFA1將采集到的數據傳輸至同樣由ATmega128RFA1組成的控制模塊，ATmega128RFA1有著(zhù)足夠的處理能力，通過(guò)分析得到的數據算出人在一定范圍內的較為準確的位置?；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芯片是按統一微納cmos標準制作的物美價(jià)廉的雙軸加速度計。它通過(guò)混合信號處理和集成IIC總線(xiàn)組成一個(gè)完整的傳感系統，可以直接和微處理器連接而不再需要A/D轉換。MXC6202xG/H/M/N芯片測量加速范圍±2g，工作在3.0V25℃環(huán)境下精度可達到g/512—g/128。動(dòng)態(tài)靜態(tài)加速都可測量。此類(lèi)芯片的設計基于空氣熱對流不需質(zhì)量塊。本設計解決了與技術(shù)相關(guān)的靜摩擦問(wèn)題，提供了大于50000g的沖擊承受。
MEMSIC加速計是按照CMOS工藝集成的雙軸測量加速度的裝置。裝置的工作原理基于熱對流，工作像其他加速計一樣，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。
由于熱對流的任意性，加速計的每個(gè)方向都可能打破溫度的平衡而呈現出非線(xiàn)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。加速計上有兩個(gè)完全相同的加速度信號線(xiàn)分別用來(lái)測量X，Y軸的加速度。
3設備架構及設計方案
4性能及技術(shù)指標
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(xiàn)微控制器ATmega128RFA1。
ATmega128RFA1的性能分析如下：
ATmega128RFA1 符合 IEEE 802.15.4標準，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。
單芯片設計器件可讓設計人員節省電路板空間，更加方便快捷。
128kByte內置Flash以及16KB內置SRAM,能滿(mǎn)足數據存儲的要求
功耗低,各個(gè)外設可以通過(guò)設置禁止或者使能，從而達到節能的目的。
高級RISC指令結構，高達16MIPS的處理速度，滿(mǎn)足數據處理的要求
器件的吞吐量達到1MIPS/MHz,無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器的數據數據速率從250kbps到高達2Mbps.
4.2加速度傳感器性能分析
特征
通過(guò)無(wú)鉛認證
IIC快速（≦400KHz）被動(dòng)模式接口
1.8V兼容IO
嵌入式啟停和自測
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可連續運行
整體CMOS集成電路
低功耗：6mAV
方案優(yōu)于1mg
芯片上混合信號處理
最大承受沖擊>50,000g
小體積封裝：5mm*5mm*1.55mm
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