一種交互式彩燈設(shè)計(jì)

1、<p>　　西 安 郵 電 大 學(xué)</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　題目：一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</p><p>　院 （系）：自動(dòng)化學(xué)院</p><p>　專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　班級(jí)：</p><p>　學(xué)生姓名：</p&

2、gt;<p>　導(dǎo)師姓名：職稱：</p><p>　起止時(shí)間：</p><p>　　西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 選題審批表</p><p>　　西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p><b>　　題目</b></p><p><b>　　一種交互式彩

3、燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選題目的（為什么選該課題）</p><p>　　隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，現(xiàn)在許多場(chǎng)合可以看到彩燈。首先，其豐富的燈光色彩、低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。另外，彩燈的亮度高、色彩鮮艷，使它在公眾多媒體顯示領(lǐng)域成為一枝獨(dú)秀，因此市場(chǎng)發(fā)展空間非常巨大。另外，交互式彩燈也應(yīng)用在很多硬件配置上，比如語(yǔ)音控制與信號(hào)顯示，還有

4、美觀硬件的作用。我們生活中處處可見，其對(duì)我們生活質(zhì)量的提升有著重要作用。我設(shè)計(jì)了一種非常智能而且方便的交互式彩燈，對(duì)增強(qiáng)氛圍設(shè)計(jì)具有重要價(jià)值。</p><p>　　前期基礎(chǔ)（已學(xué)課程、掌握的工具，資料積累、軟硬件條件等）</p><p><b>　　已學(xué)課程：</b></p><p>　　數(shù)字電路與設(shè)計(jì)，模擬電路，電路基礎(chǔ)，單片機(jī)原理及應(yīng)用，電

5、力電子技術(shù)，自動(dòng)控制元件，電氣控制及 PLC 應(yīng)用，微型計(jì)算機(jī)控制原理，自動(dòng)控制原理，過(guò)程控制原理，MATLAB與控制系統(tǒng)仿真，Auto CAD 設(shè)計(jì)，組態(tài)控制技術(shù)，電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，開關(guān)電源技術(shù)。</p><p><b>　　掌握的工具：</b></p><p>　　熟練運(yùn)用 Processing、Arduin

6、o 等開源軟、硬件編程 熟悉 C/C++編程語(yǔ)言、AT89C52</p><p><b>　　單片機(jī)</b></p><p>　　熟練使用 Microsoft Office、WPS Office 等辦公軟件 熟悉 Auto CAD、Protel 等制圖軟</p><p><b>　　件</b></p><

7、;p><b>　　資料積累：</b></p><p>　　[1]宋凱麗，趙廣濤.基于單片機(jī)的八路彩燈設(shè)計(jì)</p><p>　　[2]符子根.多路彩燈控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　[3]郝文延.家用紅外彩燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　[4]郭麗穎.基于 Multisim 的彩燈循環(huán)閃爍電路設(shè)計(jì)與仿真<

8、/p><p>　　軟件條件：processing、Auto CAD、C 語(yǔ)言、Protel、Microsoft Office。</p><p>　　硬件條件：超聲波傳感器、傾斜開關(guān)傳感器、光敏電阻傳感器、按鈕、Aduino 開發(fā)板。</p><p>　　要解決的問(wèn)題（做什么）</p><p>　?。?） 根據(jù)外界光照情況，自適應(yīng)調(diào)整光亮程度。&l

9、t;/p><p>　?。?） 傾倒后自動(dòng)滅。</p><p>　　（3） 可手動(dòng)控制彩燈亮滅。</p><p>　　（4） 人在附近時(shí)自動(dòng)打開。</p><p>　　工作思路和方案（怎么做）</p><p><b>　　思路：</b></p><p>　　交互式彩燈設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技

10、術(shù)在于信息采集時(shí)需要對(duì)傾斜開關(guān)傳感器，超聲波傳感器，光敏電阻傳感器進(jìn)行范圍設(shè)定、傾倒時(shí)對(duì)彩燈的保護(hù)、傳感器的連接位置，如光敏電阻傳感器離彩燈的距離等等問(wèn)題。</p><p>　　加上 Aruino 單片機(jī)和 processing 語(yǔ)言即可實(shí)現(xiàn)彩燈的控制。</p><p>　　我們可以多做幾次實(shí)驗(yàn)，來(lái)在實(shí)踐中測(cè)量和檢驗(yàn)我們的作品，光照傳感器需要離彩燈距離最遠(yuǎn)，超聲波傳感器可以離彩燈稍微近一些

11、，角度傳感器離彩燈距離最近，因?yàn)樗枰獙?shí)時(shí)測(cè)量彩燈的擺放角度。對(duì)于傳感器的保護(hù)方面我也準(zhǔn)備用一些金屬線來(lái)固定它們。</p><p><b>　　方案：</b></p><p>　　在開始做本課題，需要認(rèn)真復(fù)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路、電路基礎(chǔ)的基本知識(shí)，了解超聲波傳感器、角度傳感器、光照傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，處理采集的數(shù)據(jù)，完成課題需要熟練操作掌握 Arduino 單片機(jī)的開發(fā)

12、應(yīng)用。</p><p>　　第一周：復(fù)習(xí)數(shù)字電路、模擬電路、電路基礎(chǔ)知識(shí)，查找相關(guān)資料。</p><p>　　第二周至第三周：查閱有關(guān)各模塊采集的原理和掌握 Arduino 的各個(gè)模塊，并完成開題報(bào)告。</p><p>　　第四周至第六周：編寫部分程序，設(shè)計(jì)硬件電路并用軟件進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　第七周至第九周：開始設(shè)計(jì)搭建信號(hào)放大、

13、濾波、檢波的硬件電路以及對(duì)彩燈包裝設(shè)計(jì)，軟件上對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)整，使之能夠獨(dú)立的正確運(yùn)行。</p><p>　　第十周至第十一周：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體測(cè)試調(diào)試，解決問(wèn)題，完成課題的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第十二周至十四周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備論文答辯。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師意見</b></p><p><

14、b>　　簽字年 月日</b></p><p>　　西安郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)成績(jī)?cè)u(píng)定表</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b&g

15、t;　　引言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 開發(fā)背景2</p><p>　　1.2 課題研究的目的及意義3</p><p>　　1.3 LED 彩燈國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展3</p><p>　　2 整體方案設(shè)計(jì)4<

16、/p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 主控制器的選擇5</p><p>　　3.2 LED 彩燈模塊的選擇6</p><p>　　3.3 按鈕的選擇7</p><p>　　3.4 感知人在附近的傳感器8</p><p>　　3.5 傾倒后自動(dòng)熄滅傳感器的選擇9

17、</p><p>　　3.6 根據(jù)外界光線強(qiáng)度自動(dòng)控制彩燈的亮滅的傳感器的選擇10</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 主控制器及程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1.1 主控制器——Arduino12</p><p>　　4.1.2 主控制器的通信12</p>

18、;<p>　　4.2 超聲波傳感器及程序設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2.1 超聲波傳感器14</p><p>　　4.3 傾斜開關(guān)傳感器及程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.3.1 傾斜開關(guān)傳感器15</p><p>　　4.3.2 傾斜開關(guān)傳感器的通訊16</p><p>　　4.4

19、光敏電阻傳感器及程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.4.1 光敏電阻傳感器17</p><p>　　4.4.2 光敏電阻傳感器的通訊18</p><p>　　5 測(cè)試與調(diào)試20</p><p>　　5.1 作品功能測(cè)試20</p><p>　　6 結(jié)論與展望22</p><p>&

20、lt;b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　我們所處的 21 世紀(jì)，人民生活已經(jīng)逐漸步入了小康生活，想要擁有更好的生活質(zhì)量，我們需要更新的科技作品來(lái)代替以往的生活必需品。這些東西的使用大大方便了我們的日

21、常生活。我這次也以方便人們生活為主要設(shè)計(jì)方針，針對(duì)我們現(xiàn)在使用的彩燈，設(shè)計(jì)了一種交互式彩燈，可以使人們使用更加智能的控制彩燈，比如當(dāng)人們?cè)诓薀舾浇鼤r(shí)，彩燈自動(dòng)開啟，當(dāng)彩燈傾倒或者傾斜時(shí)，彩燈自動(dòng)熄滅，還有當(dāng)外界光照強(qiáng)度大時(shí)彩燈能夠自動(dòng)熄滅，從而實(shí)現(xiàn)了人與彩燈的交互，節(jié)省電能。這樣既優(yōu)化了我們的生活方式，同時(shí)也節(jié)約了很大的能源。</p><p>　　我在這次設(shè)計(jì)中，主要采用了三種傳感器和一個(gè)主控制器來(lái)控制 LED

22、RGB 彩燈，主控制器為 Arduino Mega or Mega 2560，傳感器分別為超聲波傳感器、傾斜開關(guān)傳感器、光敏電阻傳感器。實(shí)現(xiàn)智能控制的主要方式為先通過(guò)傳感器接收信號(hào)，然后在傳感器發(fā)送信號(hào)給 MCU（Arduino），MCU 接收信號(hào)并處理信號(hào)，最終做出彩燈是否亮暗的決斷。此產(chǎn)品造價(jià)低廉，控制精確，能很大程度上方便人們的生活方式。</p><p>　　這樣的彩燈應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，只要需要彩燈裝飾的地

23、方或者照明的地方都可以使用，市場(chǎng)前景可觀。</p><p>　　關(guān)鍵字：智能控制；傳感器；交互；LED RGB 彩燈；MCU</p><p><b>　　I</b></p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　We are in the 21st century, pe

24、ople's life has gradually into a well-off life, want to have a better quality of life, we need to update the science and technology works instead of the previous daily necessities.The use of these things greatly faci

25、litate our daily life.This time I also convenient people's life as the main design guidelines, in view of the lights we use now, design a kind of interactive lights, lights can make people to use more intelligent con

26、trol, such as when people in the vicin</p><p>　　In this design, I mainly adopted three sensors and a main controller to control the RGB lights, main controller for the Arduino Mega or Mega 2560, sensor respe

27、ctively ultrasonic sensors, tilt switches, sensors, photosensitive resistance sensor.To realize intelligent control of main way first through the sensor signals, and then the sensor sends a signal to the MCU (Arduino), M

28、CU receives the signal and process the signal, eventually make the lights are bright dark determination.This product cost</p><p>　　Such lights application field is very broad, as long as the need to lights d

29、ecoration and lighting can be used, the market prospect is considerable.</p><p>　　Key words: RGB lights; Intelligent control; The sensor; interaction;MCU</p><p><b>　　II</b></p>

30、<p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　電子產(chǎn)品在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍了，它和我們的生活息息相關(guān)；手機(jī)、電視、電腦等等非常多的產(chǎn)品，我們?cè)绞怯酶呖萍紒?lái)做這些產(chǎn)品，這些產(chǎn)品才會(huì)越來(lái)越更方便的被我們使用。</p><p>　　我國(guó)政府目前

31、對(duì)城市照明與裝飾非常重視，在全國(guó)各大城市，彩燈的使用已經(jīng)非常的多了，尤其在晚上的時(shí)候我們可以用才等來(lái)進(jìn)行照明與城市裝飾，每逢過(guò)年過(guò)節(jié)彩燈的使用更是為我們的城市和家中添加了不少喜慶的氛圍；當(dāng)然彩燈也應(yīng)用在很多工廠和鐵路和交通上，每個(gè)燈的顏色都會(huì)代表一種信息，例如紅色一般會(huì)代表警告信息，這些都是非常重要的。</p><p>　　這這次我主要做了一種交互式智能彩燈，此彩燈的控制采用了很多方式，比如人在附近自動(dòng)打開；光照

32、強(qiáng)度過(guò)于強(qiáng)時(shí)，彩燈自動(dòng)熄滅；當(dāng)彩燈傾斜時(shí)，彩燈自動(dòng)熄滅。這些智能控制方式大大方便了我們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)彩燈的使用。不用接觸既可以控制其的亮滅，這種控制方式在現(xiàn)在還沒有普及，還在不斷的研究中。下面讓我們來(lái)一起研究一下如何實(shí)現(xiàn)智能控制與交互。</p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p&g

33、t;<p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1 開發(fā)背景</b></p><p>　　科技發(fā)展的同時(shí)照明燈也在發(fā)展，從以前單一的白熾燈，發(fā)展到現(xiàn)在多樣化的彩燈，彩燈的發(fā)展豐富了我們的日常生活，使我們?cè)谕砩系臅r(shí)候還可以悠閑散步，豐富了我們的精神世界。</p><p>　　與此同時(shí)彩燈的

34、生產(chǎn)和出口也成為了一個(gè)非常有前景的方向，據(jù)調(diào)查中國(guó)即將成為照明電器的出口大國(guó)。國(guó)內(nèi)彩燈的需求也在逐年增高，彩燈在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)也是巨大的，很多場(chǎng)合都需要彩燈，例如：機(jī)場(chǎng)、鐵路、交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，還有一些公共場(chǎng)合，例如：廣場(chǎng)、綠地等等。還有一些民用的地方，例如家里、咖啡廳等等。發(fā)展速度很快。</p><p>　　經(jīng)過(guò)市場(chǎng)分析得知人們對(duì)彩燈的需求還將繼續(xù)上升，這時(shí)彩燈的技術(shù)含量也應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣?，使用?yīng)該更加方便化，這樣

35、才能更容易被人們所接受，</p><p>　　在當(dāng)今社會(huì)我們應(yīng)該適應(yīng)社會(huì)潮流，是我們的日常用品更好的為我們服務(wù)。</p><p>　　從而提高我們的生活質(zhì)量。</p><p>　　我們可以觀察到現(xiàn)在彩燈已經(jīng)使用到很多大小城市中，它起到了量化城市和裝飾的雙重作用。</p><p>　　現(xiàn)在的彩燈大部分都是 LED 燈，它是由發(fā)光二極管組成的，它

36、的內(nèi)部是半導(dǎo)體材料，可以將電能轉(zhuǎn)化為光能，它有壽命長(zhǎng)、亮度高、省電、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)。將 LED 燈與其他材料結(jié)合在一起比如玻璃可以做成漂亮的作品。</p><p>　　新的五年計(jì)劃顯示城市亮化和美化工作已經(jīng)是各級(jí)政府發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要途徑，我國(guó)正在加大城市亮化和美化工作。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)的城市亮化工作很多彩燈都是定點(diǎn)定時(shí)開燈，無(wú)法做到以具體情況而定而打開或者關(guān)閉彩燈。還有很多城

37、市的照明燈并不是 LED 燈，這樣造成了巨大的電力能源浪費(fèi)，所以現(xiàn)在實(shí)時(shí)智能控制彩燈成為了一種新的控制方式，這樣既節(jié)約了人力和物力，又節(jié)約了能源。</p><p>　　由于 LED RGB 彩燈的顏色非常多樣化，同時(shí)又有一系列的優(yōu)點(diǎn)，比如控制方便等等。由于市場(chǎng)上的彩燈控制大多都采用 LED RGB 彩燈，這種彩燈已經(jīng)占據(jù)了很大的市場(chǎng)。尤其是在城市裝飾中得到了更加廣泛的應(yīng)用。</p><p>

38、;　　市場(chǎng)上現(xiàn)在控制彩燈的控制器大多都是使用單片機(jī)來(lái)控制彩燈的亮滅，我這次也采用了一種單片機(jī)的型號(hào) Arduino Mega or Mega 2560，這種單片機(jī)是集合開源的軟件和硬件項(xiàng)目，做一些交互產(chǎn)品使用這樣的單片機(jī)是在合適不過(guò)了。通過(guò) Arduino 軟件編程和硬件連接我們可以使傳感器和彩燈之間做一種交互，而我們與傳感器做一種交互，進(jìn)而我們與彩燈便可以做一種交互，實(shí)現(xiàn)交互式彩燈的設(shè)</p><p><

39、b>　　2</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　計(jì)。現(xiàn)在很多控制器控制模式單一，使亮燈的模式也比較固定，這樣控制彩燈會(huì)使彩燈的亮燈效果大大降低。所以我們需要對(duì) LED RGB 彩燈的控制器做一定的選擇，還應(yīng)該對(duì)控制方式及傳感器做一定的選擇以便更好的控制彩燈。</p><p>　　

40、1.2 課題研究的目的及意義</p><p>　　隨著人民生活質(zhì)量的提高，全彩的 RGB 彩燈應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越多，比如娛樂(lè)場(chǎng)所，用彩燈的閃爍來(lái)使氣氛更加輕松。在一些發(fā)達(dá)城市，彩燈的設(shè)計(jì)包括高樓的墻壁都安裝有彩燈，彩燈已經(jīng)深入到我們生活的方方面面，我們更好的設(shè)計(jì)彩燈來(lái)使彩燈更好的應(yīng)用與當(dāng)今社會(huì)。</p><p>　　一種交互式智能彩燈主要采用數(shù)字集成器件所構(gòu)成的控制器 Arduino Meg

41、a or Mega 2560，可以在不同場(chǎng)合智能的控制 LED 彩燈，比如 KTV、咖啡廳、還有都市夜景照明與裝飾。還可以在節(jié)日裝飾于家中增加節(jié)日歡樂(lè)氛圍。</p><p>　　1.3 LED 彩燈國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　LED RGB 彩燈的照明亮度高，發(fā)光效率高、多種發(fā)光顏色、無(wú)污染、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到了國(guó)外政府的高度重視，用 LED RGB 彩燈取

42、代以前的照明方式，一直在不斷地進(jìn)行著。我國(guó)政府也在不斷加大城市照明建設(shè)，各個(gè)城市為了發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，已經(jīng)不斷地加大城市 LED RGB 彩燈的裝飾與照明建設(shè)，現(xiàn)在 LED RGB 的控制方式多樣化，更加方便的控制方式已經(jīng)顯得很重要了，智能控制彩燈的方式將會(huì)是現(xiàn)在和以后彩燈行業(yè)一個(gè)重要方向，當(dāng)然節(jié)能控制也是很重要的。</p><p><b>　　3</b></p><p&

43、gt;<b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　整體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次交互式彩燈設(shè)計(jì)，彩燈采用 LED 全彩彩燈，供電電壓為 5V，主控制器（MCU）使用 Arduino Mega or Mega 2560；Arduino 單片機(jī)是一種開元硬件，加上傳感器的使用可以智能的實(shí)現(xiàn)彩燈控制，模塊可以劃分

44、為電源模塊，傳感器模塊，Arduino 模塊，LED 彩燈模塊，按鍵控制模塊。這次 Arduino 單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的中心，所有的功能都要通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們通過(guò)軟件編程來(lái)控制傳感器的接收范圍，例如我們通過(guò)接收傾倒傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的值來(lái)判斷彩燈是否倒下，進(jìn)而就可以判斷應(yīng)該熄滅或者繼續(xù)亮，這樣我們就可以實(shí)時(shí)的智能控制彩燈，方便我們的生活，由于 Arduino 只需一條傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和接收。方便了我們的編程。我們需要學(xué)習(xí) Ardui

45、no 的軟硬件知識(shí)來(lái)完成設(shè)計(jì)。下面我來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)總框圖如圖 2-1 所示：</p><p><b>　　傳感器信息</b></p><p><b>　　采集模塊</b></p><p><b>　　MCU 主控制</b></p><p><b>　　彩燈狀態(tài)<

46、/b></p><p>　　電源模塊 器</p><p><b>　　開關(guān)模塊</b></p><p>　　2-1 系統(tǒng)總框圖</p><p>　　交互式智能彩燈的設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外是一種尚處于發(fā)展中的智能設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的</p><p>　　顯著特點(diǎn)是在認(rèn)真研究 LED RGB 彩

47、燈的基礎(chǔ)上，認(rèn)真的編寫程序代碼下載到 MCU 中，MCU 來(lái)控制 LED RGB 彩燈的亮滅。</p><p>　　首先必須要通電，使然后通過(guò)傳感器控制燈的亮滅。一旦通電，MCU 便可以智能控制彩燈，傳感器也開始工作。傳感探測(cè)模塊就開始不斷地采集外部信息，送到 MCU 進(jìn)行分析和決策彩燈的亮滅。當(dāng)人在附近時(shí)我們可以通過(guò)超聲波傳來(lái)進(jìn)行距離檢測(cè)，進(jìn)而傳送信息給 MCU 進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)傾倒后自動(dòng)熄滅的控制可以通過(guò)使用一

48、個(gè)傾斜開關(guān)傳感器，當(dāng)傾斜開關(guān)傳感器的傾斜角度超過(guò)垂直方向 17 度的時(shí)候，傳感器內(nèi)部斷開，當(dāng)角度小于 17 度的時(shí)候，傳感器內(nèi)部又閉合。這樣我們可以設(shè)置角度的范圍來(lái)控制彩燈的亮滅。對(duì)于實(shí)現(xiàn)外界光照強(qiáng)度自適應(yīng)調(diào)整光亮程度，可以用光照傳感器來(lái)測(cè)量外界光照情況，進(jìn)而反饋給控制器，控制器來(lái)控制彩燈的光亮程度。</p><p><b>　　4</b></p><p><b

49、>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 主控制器的選擇</p><p>　　方案一：80C51 單片機(jī)，如圖 3-1 所示：</p><p>　　3-1 80C51 單片機(jī)</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)

50、現(xiàn)底層函數(shù)的控制。</p><p>　　缺點(diǎn)：難以通過(guò)與上位機(jī)軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)可視化的作品，且編程相對(duì)復(fù)雜。方案二：Arduino 板</p><p>　　本作品選用 Arduino 作為 MCU，它是單片機(jī)的一種，是一種開源軟硬件結(jié)合的一種控制器，構(gòu)建于開源的 simple I/O（單一 I/O） 接口版。它的輸入和輸出在一個(gè)串口上，而且他封裝了很多程序，在一種相對(duì)容易的平臺(tái)上進(jìn)行編程，簡(jiǎn)

51、化了編程的技巧和學(xué)習(xí)者的難度，入門簡(jiǎn)單。</p><p>　　Arduino 并且可以和電子元件、開關(guān)以及各種傳感器相連接，用來(lái)感知身邊的環(huán)境，例如空氣中的溫度、光照和濕度，并且可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)、LED等輸出器件來(lái)影響環(huán)境。它不僅可以結(jié)合各器件做出互動(dòng)作品，也可以獨(dú)立運(yùn)作為一個(gè)軟件接口使用。</p><p>　　Arduino 較以往的 51、52 單片機(jī)等傳統(tǒng)單片機(jī)編程更加簡(jiǎn)單，它具

52、有豐富強(qiáng)大的各類庫(kù)，我們可調(diào)用函數(shù)庫(kù)里的各類函數(shù)，使串口通信更加方便，更能夠通過(guò)與 Processing 上位機(jī)軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)可視化的作品。如圖 3-2 所示：</p><p>　　3-2 Arduino 開發(fā)板</p><p><b>　　5</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p

53、><p>　　缺點(diǎn)：無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部中斷。</p><p>　　3.2 LED 彩燈模塊的選擇</p><p><b>　　方案一：?jiǎn)紊珶?lt;/b></p><p>　　亮燈原理：通過(guò)給燈的正負(fù)極接入 5V 電源來(lái)使燈亮。如圖 3-3 所示：</p><p><b>　　圖 3-3單色燈<

54、/b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，方便使用。</p><p>　　缺點(diǎn)：顏色單一，不是非常美觀。</p><p>　　方案二：LED RGB 彩燈</p><p>　　RGB 燈帶定義：是指他其中有三個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)三個(gè)二極管同時(shí)亮的時(shí)候，LED RGB 彩燈發(fā)白光。當(dāng)三個(gè)發(fā)光二極管分別工作時(shí)可以分別發(fā)出紅光、綠光和藍(lán)光，當(dāng)他

55、們兩兩組合發(fā)光時(shí)還可以發(fā)出其他顏色的光，我們可以通過(guò) Arduino 控制其發(fā)出跟種各樣的的光，RGB 也就是紅、綠、藍(lán)的意思。如圖 3-4 所示</p><p>　　3-4 LED RGB 彩燈</p><p><b>　　6</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p>&l

56、t;p>　　優(yōu)點(diǎn)：彩燈的顏色多樣控制和單色燈一樣，有紅綠藍(lán)白四種顏色的變化，看起來(lái)顏色好看。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：價(jià)格貴一點(diǎn)。</b></p><p>　　綜上合以上考慮，最終選用方案二。</p><p><b>　　3.3 按鈕的選擇</b></p><p>　　方案一：輕觸按

57、鍵，立式四角不帶自鎖開關(guān)。如圖 3-5 所示：</p><p>　　3-5 不帶自鎖開關(guān)</p><p>　　原理：此開關(guān)按下的時(shí)候接通，當(dāng)按鍵自動(dòng)彈起來(lái)的時(shí)候開關(guān)斷開。優(yōu)點(diǎn)：接線方便。</p><p>　　缺點(diǎn)：不帶自鎖，不適合控制彩燈使用。</p><p>　　方案二：立式六角帶自鎖開關(guān)。入伍 3-6 所示：</p>&

58、lt;p>　　3-6 帶自鎖開關(guān)</p><p>　　原理：按下的時(shí)候接通，當(dāng)再按一下開關(guān)才能關(guān)閉。優(yōu)點(diǎn)：帶自鎖，適合控制彩燈使用。</p><p>　　缺點(diǎn)：接線比四角的復(fù)雜點(diǎn)。</p><p>　　綜上合以上考慮，最終選用方案二。</p><p><b>　　7</b></p><p&g

59、t;<b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.4 感知人在附近的傳感器</p><p>　　方案一：紅外傳感器。如圖 3-7 所示：</p><p>　　圖 3-7紅外傳感器</p><p>　　原理：當(dāng)紅外傳感器發(fā)送紅外到物體上時(shí)，物體能夠產(chǎn)生溫度或表面光子的變化，所以利用輻射來(lái)檢測(cè)物體。<

60、;/p><p>　　據(jù)待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：紅外接受距離的成本低，易制。</p><p>　　缺點(diǎn)：紅外傳感器測(cè)量距離近的時(shí)候往往測(cè)量精度低。</p><p>　　由于紅外測(cè)距距離近，方向性差，靈敏度不高，所以考慮的時(shí)候選擇了性能更加優(yōu)越的材料。</p><p>　　方案二

61、：超聲波傳感器：如圖 3-8 所示：</p><p>　　圖 3-8超聲波傳感器</p><p>　　原理：通過(guò)發(fā)送和接收超聲波來(lái)測(cè)量物體離超聲波的距離，得出數(shù)據(jù)。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，接受測(cè)距距離廣，達(dá)到非接觸式的靈敏度高的要求。</p><p>　　缺點(diǎn)：當(dāng)人走到彩燈下面與傳感器有很大角度偏差的時(shí)候，測(cè)量到的距離和實(shí)際距

62、離就會(huì)有偏差，需要通過(guò)一定的軟件程序調(diào)試，達(dá)到接受距離值精確且各個(gè)琴鍵之間互不干擾。</p><p><b>　　8</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　綜合以上考慮：選擇方案二。</p><p>　　3.5 傾倒后自動(dòng)熄滅傳感器的選擇</p&g

63、t;<p>　　方案一:角度傳感器（高精度 6 軸慣性導(dǎo)航模塊）。如圖 3-9 所示：</p><p>　　圖 3-9角度傳感器</p><p>　　原理：通過(guò)角度的變化來(lái)判斷 RGB 彩燈是否傾倒，進(jìn)而發(fā)送指令給 Arduino 實(shí)現(xiàn)彩燈的智能控制。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：角度傳感器可以通過(guò)角度的變化來(lái)控制彩燈的亮滅，它的測(cè)量精度高，在它其中有

64、加速計(jì)，可以讀取加速計(jì)得到的一些數(shù)據(jù)在串口輸出，方便了用戶使用。</p><p>　　缺點(diǎn)：由于這樣的模塊在供電時(shí)需要電平轉(zhuǎn)換模塊 RS232，所以使用的時(shí)候需要多加一個(gè)模塊，增加了造價(jià)。</p><p>　　方案二：傾斜開關(guān)傳感器。如圖 3-10 所示：</p><p>　　原理：一旦傾斜開關(guān)傳感器感測(cè)出有按鍵信號(hào)的情況下，LED RGB 彩燈熄滅，反之它就會(huì)點(diǎn)亮

65、。</p><p>　　圖 3-10傾斜開關(guān)傳感器</p><p><b>　　9</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低，使用簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果精確。</p><p>　　缺點(diǎn)：小角度不是特別靈敏。</p>

66、<p>　　綜合以上考慮：選擇方案二。</p><p>　　3.6 根據(jù)外界光線強(qiáng)度自動(dòng)控制彩燈的亮滅的傳感器的選擇</p><p>　　方案一：溫度傳感器（熱電偶傳感器）</p><p>　　原理：不同材料的導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)電路兩邊有溫度差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生電壓差。這時(shí)電壓會(huì)與溫度產(chǎn)生一個(gè)函數(shù)，生成熱電偶分度表。從而控制彩燈的亮滅。也就是

67、說(shuō)這樣的一種關(guān)系會(huì)使溫度成為一種測(cè)量指標(biāo)，從而通過(guò)溫度的變化來(lái)控制 LED RGB 彩燈的亮滅。下圖 3-11 為溫度傳感器的實(shí)物圖。</p><p>　　圖 3-11溫度傳感器</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可以用測(cè)量的電勢(shì)差來(lái)計(jì)算當(dāng)前溫度。而且不需要給它提供電源，它的質(zhì)量也很好，一般不會(huì)壞。</p><p>　　缺點(diǎn)：它的靈敏度比較低，比較容易受到干

68、擾，小范圍溫度的變化的量一般不太準(zhǔn)。</p><p>　　方案二：光敏傳感器（光敏電阻）.如圖 3-12 所示：</p><p>　　原理：光敏電阻傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器，它是由一種半導(dǎo)體材料制作而成的，光線強(qiáng)度大的時(shí)候，光能會(huì)轉(zhuǎn)化為電能，我們可以通過(guò)測(cè)量電阻的變化，來(lái)測(cè)量光線強(qiáng)度，從而控制彩燈的亮滅，其工作方式還是和 Arduino 單片機(jī)產(chǎn)生通信，最終實(shí)現(xiàn)智能控制彩燈

69、的效果。</p><p><b>　　10</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖 3-12光敏傳感器</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：光敏電阻使用起來(lái)很方便，穩(wěn)定性好。</p><p>　　缺點(diǎn)：耗材，受溫度影響，響應(yīng)有延遲，在毫

70、秒到秒之間。</p><p>　　綜合以上考慮：選擇方案二。</p><p><b>　　11</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 主控制器及程序設(shè)

71、計(jì)</p><p>　　4.1.1 主控制器——Arduino</p><p>　　1）Arduino 簡(jiǎn)介：</p><p>　　Arduino 語(yǔ)言具有使用類似 Java、C 語(yǔ)言的 Processing/Wiring 開發(fā)環(huán)境，它在與外界的交互上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而我們的作品需 3 要頻繁和環(huán)境進(jìn)行交互，所以將 Arduino 作為本次作品的開發(fā)平臺(tái)既降低了開發(fā)

72、難度，也減輕了開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)。</p><p>　　2）Arduino 的應(yīng)用平臺(tái)：</p><p>　　Arduino IDE 具有跨平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，不僅能在 Windows 上運(yùn)行，還能在 Macintosh</p><p>　　OSX、Linux 操作系統(tǒng)上運(yùn)行，并且它支持多樣的互動(dòng)程序。</p><p>　　3）Arduino 的用戶：&

73、lt;/p><p>　　由于 Arduino 是一個(gè)開源的開發(fā)平臺(tái)，很多使用者在使用的時(shí)候也會(huì)經(jīng)常分享一些學(xué)習(xí)資料，所以我們可以根據(jù)他們提供的眾多開源的示例代碼、硬件設(shè)計(jì)深入的了解到底層的全部機(jī)理，當(dāng)然在本次開發(fā)中我們也遇到了很多難以解決的問(wèn)題，但通過(guò) Arduino 社區(qū)我們的很多問(wèn)題得以解決，在本次開發(fā)中，依靠 Arduino 其獨(dú)特的開發(fā)優(yōu)勢(shì)和 Arduino 社區(qū)背后強(qiáng)大的資源，使得即使不懂編程的普通人，也可

74、以做出很酷的東西。</p><p>　　4）Arduino 編程：</p><p>　　Arduino 的編程在大框架上有一個(gè)固定的語(yǔ)句模式，初始化的語(yǔ)句也比較固定，也對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)使用的端口做了自己的規(guī)定，其與 PC 的連接采用</p><p>　　USB 連接，即插即用，不要再額外地安裝任何驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　我們一開始

75、開發(fā)時(shí)對(duì)這個(gè)新的開發(fā)平臺(tái)也不熟悉，但得力于 Arduino 框架的</p><p>　　統(tǒng)一和底層的封裝，我們?cè)诙虝r(shí)間的接觸后，迅速上手，完成了相關(guān)功能的開發(fā)。</p><p>　　4.1.2 主控制器的通信</p><p>　　Arduino 主要是完成數(shù)據(jù)的處理和傳輸，而數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)光敏電阻傳感器、傾斜開關(guān)傳感器、超聲波傳感器來(lái)完成的，Arduino 程序發(fā)

76、送給上位機(jī)數(shù)據(jù)，上位機(jī)程序接收由 Aduino 發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，最終得出結(jié)論</p><p>　　發(fā)送給 Arduino，Arduino 單片機(jī)接收信號(hào)執(zhí)行命令。</p><p>　　Arduino 程序的整個(gè)構(gòu)成中分為 setup() 和 loop() 兩部分，setup()部分負(fù)責(zé)初始化參數(shù)，只執(zhí)行一次，而 loop()程序在運(yùn)行由調(diào)用點(diǎn)開始到調(diào)用點(diǎn)結(jié)束點(diǎn)一直循環(huán)執(zhí)行，直

77、到外部操作關(guān)閉掉程序，其運(yùn)行過(guò)程如圖 4-1 所示：</p><p><b>　　12</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4-1 Arduino 程序執(zhí)行圖</p><p>　　1）Arduino 串口初始化：</p><p&

78、gt;　　arduino 在使用前需串口初始化，開始方案如圖 4-2 程序所示：</p><p><b>　　/ * *</b></p><p><b>　　完成串口初始化</b></p><p>　　pinMode( 管腳 , 模式 )</p><p>　　模式為 OUTPUT 和 INPUT&l

79、t;/p><p><b>　　*/</b></p><p>　　pinMode(2, OUTPUT); //設(shè)置管腳 2 為輸出管腳 pinMode(3, INPUT); //設(shè)置管腳 3 為輸入管腳 pinMode(A5, OUTPUT);</p><p>　　pinMode(4， INPUT); pinMode(A4, OUTPUT); pin

80、Mode(5, INPUT</p><p>　　4-2 串口初始化</p><p>　　在實(shí)際的測(cè)試中這是可行的，但是在考慮到代碼的整潔性和解決代碼的冗余</p><p>　　問(wèn)題，我們做出了以下方案程序，整潔性代碼如圖 4-3 所示：</p><p><b>　　/ * *</b></p><p

81、><b>　　完成串口初始化**</b></p><p>　　pinMode( 管腳 , 模式 )</p><p>　　模式為 OUTPUT 和 INPUT</p><p>　　其中 pin[15] = {2, 3, A5, 4, A4, 5, A3, 6, A2, 7, A1, 8, A0, 9,</p><p>

82、;<b>　　13};</b></p><p><b>　　*/</b></p><p><b>　　13</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　int i;</b></p&

83、gt;<p>　　for (i = 0; i < 15; i++) {</p><p>　　if (i % 2 == 0)</p><p>　　pinMode(pin[i], OUTPUT); //初始化串口為 output else</p><p>　　pinMode(pin[i], INPUT); //初始化串口為 input</p&g

84、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　圖 4-3整潔性代碼</p><p>　　對(duì)比方案一和方案二，方案二在代碼的整潔性方面有了一個(gè)大的提高，在實(shí)現(xiàn)功能上沒有大的差異，在此，我們采取了方案二。</p><p>　　4.2 超聲波傳感器及程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 超聲波傳感

85、器</p><p>　　超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的測(cè)量，當(dāng)它發(fā)送超聲波的時(shí)候，如果遇到障礙物，超聲波將會(huì)返回到超聲波傳感器中，一旦超聲波被反射回超聲波傳感器中，提前下載到 Arduino 單片機(jī)中的程序能夠自動(dòng)算出障礙物與超聲波傳感器之間的距離，然后 Arduino 單片機(jī)會(huì)做出相應(yīng)的判斷，最終指向相應(yīng)的程序指令，如下圖 4-4 所示超聲波傳感器接收到信號(hào)時(shí)的平片示意圖：</p><p>

86、;　　圖 4-4傳感器 3 接收到信號(hào)</p><p>　　4.2.2 超聲波傳感器的通信</p><p>　　超聲波傳感器在整個(gè)作品中起到了連接外界的作用，其作用就相當(dāng)于一座房</p><p>　　子的大門，只有從這道大門進(jìn)入才能看到整個(gè)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)多種多樣的功能，而整個(gè)系統(tǒng)也必須依靠它完成和外界的聯(lián)系，其與整個(gè)系統(tǒng)的的關(guān)系如圖 4-5 所示：</p>

87、;<p><b>　　14</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　接收信號(hào)</b></p><p>　　在超聲波傳感器 超聲波傳感器有效范圍內(nèi)</p><p><b>　　發(fā)送給</b>

88、</p><p>　　Arduino 串口</p><p>　　燈的狀態(tài)控制 對(duì)窗口獲得的信號(hào)進(jìn)行處理</p><p>　　圖 4-5超聲波傳感器與系統(tǒng)示意圖</p><p>　　其中在超聲波傳感器程序具體實(shí)現(xiàn)下面圖 4-6 所示；</p><p><b>　　/ * *</b></p&

89、gt;<p><b>　　測(cè)距功能實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　chuangan(輸入引腳，輸出引腳)</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　float chuangan(int a, int b)</p><p><b>　　{</b>

90、;</p><p>　　float temp = 0.0;</p><p>　　digitalWrite(a, LOW);</p><p>　　delayMicroseconds(2);</p><p>　　digitalWrite(a, HIGH);</p><p>　　delayMicroseconds(10);&

91、lt;/p><p>　　digitalWrite(a, LOW);</p><p>　　temp = pulseIn(b, HIGH) / 58.0; //將回波時(shí)間換算成 cm temp = (int(temp * 100.0)) / 100.0; //保留兩位小數(shù) return temp;</p><p><b>　　}</b></p&g

92、t;<p>　　圖 4-6超聲波傳感器程序</p><p>　　4.3 傾斜開關(guān)傳感器及程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 傾斜開關(guān)傳感器</p><p>　　傾斜開關(guān)傳感器是通過(guò)距離垂直位置的角度大小來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的判斷，從而接通觸點(diǎn)或者斷開觸點(diǎn)，當(dāng)角度較大時(shí)：如大于 17 度以上時(shí)，觸點(diǎn)斷開，反之則</p><p>&l

93、t;b>　　15</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　觸點(diǎn)閉合，這時(shí)信息會(huì)發(fā)送給 Arduino，Arduino 能根據(jù)傳送的信息，讓彩燈會(huì)熄滅，當(dāng)角度小于 17 度，金屬球觸點(diǎn)又閉合，這時(shí)同樣會(huì)傳送信息給 Arduino， Arduino 會(huì)根據(jù)傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行控制。這時(shí)彩燈會(huì)點(diǎn)亮。如圖 4-

94、7 所示為傳感器與 Arduino 連接時(shí)的示意圖：</p><p>　　4-7 傾斜開關(guān)傳感器的連接圖</p><p>　　4.3.2 傾斜開關(guān)傳感器的通訊</p><p>　　傾斜開關(guān)傳感器和超聲波傳感器在系統(tǒng)中的作用很類似，在整個(gè)系統(tǒng)中也起到了與外界連接的作用，他就相當(dāng)于人體的小腦控制著平衡，一旦平衡被打亂，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；整個(gè)系統(tǒng)也需要他才能完成與外界

95、的聯(lián)系。其與整個(gè)系統(tǒng)的的關(guān)系如圖 4-8 所示：</p><p><b>　　發(fā)送給</b></p><p>　　Arduino 串口</p><p>　　燈的狀態(tài)控制 對(duì)窗口獲得的信號(hào)進(jìn)行處理</p><p>　　圖 4-8傾斜開關(guān)傳感器與系統(tǒng)示意圖</p><p>　　其中在程序中的具體實(shí)

96、現(xiàn)如下圖 4-9 所示：</p><p><b>　　/**</b></p><p>　　*傾倒控制彩燈的亮滅</p><p><b>　　*/</b></p><p><b>　　16</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)&

97、lt;/b></p><p>　　int Led = 13;//定義 LED 接口</p><p>　　int buttonpin = 3;//定義傾斜開關(guān)傳感器接口 int val;//定義數(shù)字變量 val void setup()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// put you

98、r setup code here, to run once: pinMode(Led,OUTPUT);//定義 LED 為輸出接口pinMode(buttonpin,INPUT);//定義傾斜開關(guān)傳感器為輸出接口 }</p><p>　　void loop()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// put your

99、 main code here, to run repeatedly:</p><p>　　val = digitalRead(buttonpin);//將數(shù)字接口 3 的值讀取賦給 val if(val == HIGH)//當(dāng)傾斜開關(guān)傳感器檢測(cè)有信號(hào)時(shí)，LED 閃爍 {</p><p>　　digitalWrite(Led,HIGH);</p><p><b

100、>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　digitalWrite(Led,LOW);</p><p><b>　　}</b></p><p><b

101、>　　}</b></p><p>　　圖 4-9傾斜開關(guān)傳感器程序</p><p>　　4.4 光敏電阻傳感器及程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1 光敏電阻傳感器</p><p>　　光敏電阻傳感器，組成它的材料是半導(dǎo)體，當(dāng)傳感器表面有外界光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的溫度，這時(shí)半導(dǎo)體中電子就會(huì)獲得能量，擁有有足夠能量離開共價(jià)

102、鍵轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂呻娮?，同時(shí)半導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空穴，增大了載流子數(shù)量，這時(shí)半導(dǎo)體中電流增大，反之，如果光照強(qiáng)度減弱，半導(dǎo)體中自由電子由于能量減少會(huì)和空穴形成一個(gè)共價(jià)鍵，載流子數(shù)量減少，電流減小，我們可以測(cè)量熱敏電阻的電</p><p><b>　　17</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p&g

103、t;　　阻值來(lái)控制彩燈的亮滅，由于光照強(qiáng)度越強(qiáng)電流越大，電流越大電阻就越小，即當(dāng)電阻越小時(shí)彩燈滅，當(dāng)電阻增大時(shí)，彩燈亮。我們可以通過(guò)這樣的方式來(lái)之能控制彩燈。如圖 4-10 所示為傳感器與 Arduino 連接時(shí)的示意圖：</p><p>　　4-10 光敏電阻傳感器的連接圖</p><p>　　4.4.2 光敏電阻傳感器的通訊</p><p>　　光敏電阻傳感

104、器和前兩種傳感器的在系統(tǒng)中的作用很類似，都是系統(tǒng)與外界連接的紐帶，當(dāng)光照強(qiáng)度強(qiáng)的時(shí)候，彩燈熄滅，當(dāng)光線暗的時(shí)候，彩燈點(diǎn)亮。我們可以設(shè)置阻值大于某一數(shù)時(shí)彩燈亮，當(dāng)阻值小于某一值時(shí)彩燈滅。其與整個(gè)系統(tǒng)的的關(guān)系如圖 4-11 所示：</p><p>　　圖 4-11 光敏電阻傳感器與系統(tǒng)示意圖其中在程序中的具體實(shí)現(xiàn)如下圖 4-12 的程序所示： /**</p><p>　　*光敏電阻控制彩燈的亮

105、滅</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　const int led = 13;</p><p>　　int sensorPin = A2;</p><p><b>　　18</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b

106、></p><p>　　int value = 0;</p><p>　　void setup()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// put your setup code here, to run once:</p><p>　　Serial.begin(9

107、600);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void loop()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// put your main code here, to run repeatedly: value = analogRead(sensor

108、Pin); Serial.println(value,DEC); if(value >800)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　digitalWrite(led, HIGH);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(value <5

109、00)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　digitalWrite(led, LOW);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　}</b></p>

110、;<p>　　圖 4-12光敏電阻程序</p><p>　　通過(guò)串口監(jiān)視器可以看到 value 的十進(jìn)制數(shù)，通過(guò)控制 value 值來(lái)控制彩燈的亮暗程度。</p><p><b>　　19</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b&g

111、t;　　測(cè)試與調(diào)試</b></p><p>　　5.1 作品功能測(cè)試</p><p>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)主要采用程序控制與硬件搭建來(lái)控制彩燈的亮滅，我這次測(cè)試部分主要通過(guò)觀看我的程序發(fā)送的指令能不能使 Arduino 板接收到，并且執(zhí)行相應(yīng)的指令。主要通過(guò)下面兩種方法來(lái)測(cè)試：</p><p>　　測(cè)試系統(tǒng)：windows7 旗艦版和 Arudino

112、1.6.2。</p><p><b>　　測(cè)試環(huán)境：實(shí)驗(yàn)室。</b></p><p>　　測(cè)試方法：A.白盒測(cè)試；B.黑盒測(cè)試。</p><p>　　A．白盒測(cè)試流程圖如圖 5-1 所示：</p><p>　　圖5-1白盒測(cè)試流程圖</p><p>　　在本次作品軟件的測(cè)試中，白盒測(cè)試這種方法幾

113、乎貫穿于整個(gè)軟件的測(cè)試中，具體步驟如下：</p><p>　　1）對(duì)程序進(jìn)行檢查，看是否有書寫錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤和下標(biāo)越界等錯(cuò)誤；</p><p>　　2）利用調(diào)試工具對(duì)程序進(jìn)行逐條運(yùn)行，觀看程序是否有錯(cuò)誤；</p><p>　　3）分模塊進(jìn)行測(cè)試；例如對(duì)超聲波傳感器控制 LED RGB 是否亮滅進(jìn)行測(cè)試，看彩燈能否正?？刂?，并且看看多次測(cè)試是否會(huì)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，主要還是

114、對(duì)這個(gè)模塊的程序進(jìn)行主要測(cè)試；</p><p>　　4）通過(guò)在軟件控制臺(tái)中顯示出的值判斷上位機(jī)能否順利接收 MCU 主控制器傳感器處理與傳輸模塊發(fā)出的數(shù)字信息，能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)；對(duì)于按鍵手動(dòng)控制，測(cè)試是否能夠正常控制。</p><p>　　結(jié)合本次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)本次測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)：①迫使測(cè)試人員仔細(xì)的去思考軟件的實(shí)現(xiàn)；②可以檢測(cè)代碼中的每條分支語(yǔ)句和路徑；③揭露隱藏在代碼中的錯(cuò)誤；④對(duì)代碼的測(cè)試能夠比

115、較徹底；⑤最優(yōu)化。</p><p>　　缺點(diǎn)：①所需時(shí)間較長(zhǎng)；②無(wú)法檢測(cè)到代碼中遺漏的路徑和敏感性的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；③對(duì)規(guī)格的正確性不進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　B．黑盒測(cè)試流程圖如圖 5-2 所示：</p><p><b>　　20</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b>&l

116、t;/p><p>　　圖 5-2黑盒測(cè)試流程圖</p><p>　　通過(guò)黑盒測(cè)試如圖 5-2 所示，我們能夠快速的測(cè)試出那一部分功能出現(xiàn)了問(wèn)題，再通過(guò)白盒測(cè)試方法來(lái)查找具體出現(xiàn)的問(wèn)題，在本次作品中，所有模塊的測(cè)試基本都用到了本方法，具體步驟如下：</p><p>　　1）通過(guò)接觸超聲波傳感器，觀察彩燈是否能正常點(diǎn)亮；</p><p>　　2）通

117、過(guò)按下控制彩燈亮滅的按鈕，觀看按下按鈕彩燈是否能正常點(diǎn)亮；</p><p>　　3）通過(guò)遮擋光敏電阻傳感器，觀察彩燈能否正常被點(diǎn)亮，當(dāng)不遮擋時(shí)彩燈能否正常被熄滅。</p><p>　　4）通過(guò)將彩燈傾倒，觀察彩燈是否能熄滅，當(dāng)彩燈位置又豎直的時(shí)候，觀察彩燈是否能點(diǎn)亮。</p><p>　　結(jié)合本次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)黑盒測(cè)試的優(yōu)點(diǎn): ①基本上不用人管，如果程序停止運(yùn)行了一般就

118、是被測(cè)程序崩潰了；②設(shè)計(jì)完測(cè)試用例之后，接下來(lái)的工作就比較容易了，但是比較辛苦的是確定程序崩潰的原因。</p><p>　　缺點(diǎn)：①結(jié)果取決于測(cè)試用例的設(shè)計(jì)，測(cè)試用例的設(shè)計(jì)部分優(yōu)勢(shì)來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)；②沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換的概念，目前一些成功的例子基本上都是針對(duì)于電源分配管理器來(lái)做的，還做不到針對(duì)被測(cè)試程序的狀態(tài)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)；③在無(wú)狀態(tài)概念測(cè)試程序的過(guò)程中，我們?cè)趯ふ矣袉?wèn)題程序會(huì)花費(fèi)很大的力氣，我們應(yīng)該把可能出現(xiàn)問(wèn)題的程序單獨(dú)確認(rèn)

119、一遍。而就有狀態(tài)的測(cè)試來(lái)說(shuō)，便會(huì)更加費(fèi)力了，特別在不是一個(gè)單獨(dú)的測(cè)試案例所引發(fā)的問(wèn)題的時(shí)候。</p><p><b>　　21</b></p><p><b>　　一種交互式彩燈設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　一種交互式智能彩燈

120、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了非接觸式控制彩燈的一種控制模式，配有 RGB 彩燈，超聲波傳感器、光敏電阻傳感器、傾斜開關(guān)傳感器三種傳感器，實(shí)現(xiàn)的功能有：人在彩燈附近彩燈可以自動(dòng)打開，人走后彩燈自動(dòng)熄滅；當(dāng)外界光照強(qiáng)度增大時(shí)，彩燈熄滅，當(dāng)外界光照強(qiáng)度弱時(shí)，彩燈點(diǎn)亮；當(dāng)彩燈傾倒時(shí)彩燈熄滅；這些功能有效的控制了彩燈的狀態(tài)，可以使彩燈的使用更加節(jié)能，旨在讓使用者能夠享受智能控制所帶來(lái)的樂(lè)趣與便利。如圖 6-1 為彩燈功能實(shí)現(xiàn)后的實(shí)物圖：</p>&l

121、t;p>　　6-1 彩燈點(diǎn)亮后實(shí)物圖</p><p>　　在現(xiàn)已完成的功能下，考慮到作品的實(shí)用性和作品后期多樣化功能的實(shí)現(xiàn)，</p><p>　　在下一個(gè)階段的工作中我們還將和用戶做更加深入的交流與探討，在技術(shù)與功能上不斷創(chuàng)新，致力于解決用戶在體驗(yàn)中遇到的各種問(wèn)題。例如我們可以把智能彩燈換成 LED 大屏幕，在廣場(chǎng)，超市，還有學(xué)校，醫(yī)院等等場(chǎng)所，可以更加方便用戶使用，也可以節(jié)約能

122、源。另外，在一些人流量不太大的地方我們也可以使用這樣的控制方式來(lái)控制彩燈和 LED 大屏幕的亮滅。這樣節(jié)省下來(lái)的電能也是一筆不小的資源。實(shí)現(xiàn)更大范圍的使用來(lái)方便用戶使用。</p><p>　　我們?cè)鯓硬拍軐⒖萍紤?yīng)用到我們的生活中來(lái)，來(lái)讓它創(chuàng)造一種更具交互性的還有文藝色彩的作品。我們本著交互設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，通過(guò)真正調(diào)動(dòng)人們對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的交互熱情和感受科技人性化的這一研究設(shè)計(jì)方向，制作本次交互設(shè)計(jì)作品——一種交互式智