江蘇省徐州技師學(xué)院 劉科建

基于Zigbee技術(shù)多功能臺(tái)燈音箱的設(shè)計(jì)

江蘇省徐州技師學(xué)院 劉科建

【摘要】現(xiàn)有的臺(tái)燈和音箱占據(jù)很大空間，所以本文設(shè)計(jì)了一種新型的多功能音箱。這種新型多功能臺(tái)燈音箱可以大大節(jié)省桌面空間；可以隨身攜帶，簡(jiǎn)單、方便；自身帶蓄電池可以連續(xù)播放音樂(lè)4小時(shí)，照明4.5小時(shí)；同時(shí)融入Zigee技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程控制。

【關(guān)鍵詞】臺(tái)燈；音箱；Zigbee技術(shù)；智能開(kāi)關(guān)

0 引言

我們年輕，我們擁有觀察生活細(xì)節(jié)的眼睛，我們發(fā)現(xiàn)桌子上的臺(tái)燈和音箱占據(jù)很大空間，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣一個(gè)音箱，它是將臺(tái)燈和音箱結(jié)合，這樣可以簡(jiǎn)光化桌面，將桌面做的整潔干凈。臺(tái)燈將擁有光控感應(yīng)裝置和聲控裝置，音箱和臺(tái)燈可單獨(dú)或共同工作互不影響且自帶電源和USB充電功能。同時(shí)融入Zigbee技術(shù)可以對(duì)多功能臺(tái)燈音箱的運(yùn)行，如開(kāi)啟、關(guān)閉、定時(shí)等工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議的，也是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。紫蜂協(xié)議來(lái)源于蜜蜂“舞蹈”的啟發(fā)，由于蜜蜂主要是靠飛翔和發(fā)出”嗡嗡”（英文稱zig），抖動(dòng)翅膀來(lái)傳遞花粉、花蜜所在方位等信息給同伴的，也就是說(shuō)他們使用這種方式來(lái)構(gòu)成一種特殊的群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。這種通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是距離近、復(fù)雜度低、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率等等。

1 多功能臺(tái)燈音箱總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1.1 多功能臺(tái)燈音箱燈光原理

在圖1所示多功能臺(tái)燈音箱燈光的電路原理圖中，CD4011為四個(gè)2輸入與非門電路，其功能為有0出1，全1出0。交流電源12V經(jīng)橋式全波整流和VD2、電容C2濾波獲得直流電壓1.2×12≈14.4V，經(jīng)限流電阻R1，使VS穩(wěn)壓管有UZ=+6.2V穩(wěn)定電壓供給電路（燈亮?xí)rUZ有所降低），而燈泡L串于整流電路中。白天時(shí)，光敏電阻RG阻值較小，與非門U1A的②腳（TP4）輸入為低電平0態(tài)，U1A門被封鎖，即不管U1A的①腳（TP3）為何種狀態(tài)，U1A總是出1，U1B出0，U1C輸入端（TP5）為0，U1C出（TP6）1，U1D出0， TP7為低電平，單向晶閘管VT2不導(dǎo)通。在晚上天暗時(shí)，RG阻值增大，TP4為高電平1態(tài)，U1A門打開(kāi)，TP3信號(hào)可傳送。若無(wú)腳步聲或掌聲，駐極體話筒MC無(wú)動(dòng)態(tài)信號(hào)。偏置電阻（RP2、R4和R3）使VT1的NPN三極管導(dǎo)通，TP3為低電平0態(tài)，則U1A出1，其余狀態(tài)與上述相同，晶閘管VT2控制極G無(wú)觸發(fā)信號(hào)，故不導(dǎo)通，燈泡L不亮。

晚上當(dāng)有腳步聲或掌聲時(shí)，駐極體話筒MC有動(dòng)態(tài)波動(dòng)信號(hào)輸入到放大電路VT1的基極，由于電容C1的隔直通交作用，加在基極信號(hào)相對(duì)零電平有正、負(fù)波動(dòng)信號(hào)，使集電極輸出端TP3有高電平動(dòng)態(tài)信號(hào)為1態(tài)，因此使U1A全1出0為負(fù)脈沖，而U1B出1為正脈沖，二極管VD1導(dǎo)通對(duì)C3充電達(dá)5V，TP5也為1，U1C出0，U1D出1為高電平，經(jīng)R7限流，在單向晶閘管VT2控制極G有觸發(fā)信號(hào)使VT2導(dǎo)通，橋式全波整流電路中串聯(lián)的燈泡L經(jīng)晶閘管VT2導(dǎo)通，燈泡L點(diǎn)亮。由于晶閘管導(dǎo)通后的UAK正向壓降會(huì)降至約1.8V由此VD2用來(lái)防止UZ電壓下降，避免影響控制電路電源。在腳步聲消失后，電容C3上的電壓經(jīng)過(guò)R6放電過(guò)程，TP5電壓仍為1態(tài)，故燈泡L仍亮，直到TP5電壓小于與非門閥值電壓UTH=2 VCC時(shí)刻，U1C出1，U1D出0，當(dāng)UAK過(guò)零電壓時(shí)，晶閘管VT2截止，整個(gè)過(guò)程持續(xù)約為30～60秒鐘后，燈泡L熄滅。

1.2 多功能臺(tái)燈音箱音箱原理

通過(guò)音頻線將MP3、MP4等設(shè)備的左、右兩路音頻信號(hào)輸入到立體聲盤式電位器的輸入端，2路音頻信號(hào)再分別經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)R2、C1、R3、C4耦合到功率放大集成電路CS4863的輸入端6、11腳，U1為低電壓AB類2.2W立體聲音頻供方IC，U1對(duì)音頻功率放大后由12，14腳輸出左聲道音頻信號(hào)，35腳為右聲道音頻信號(hào)，然后推動(dòng)兩路揚(yáng)聲器工作，R1和R4為反饋電阻。8，9腳為中點(diǎn)電壓（2.5V），C2為中點(diǎn)電壓濾波電容。C3為電源濾波電容。

1.3 Zigbee開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本多功能音箱的Zigbee智能開(kāi)關(guān)系統(tǒng)是主要利用Zigbee無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)臺(tái)燈、音箱的開(kāi)關(guān)量等的無(wú)線控制，并且按其功能可以分為單個(gè)控制和局域控制。

圖1 臺(tái)燈燈光原理圖

開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的硬件是由臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)模塊、音箱驅(qū)動(dòng)模塊、電源驅(qū)動(dòng)模塊和Zigbee無(wú)線傳輸模塊等組成。是基于zigbee技術(shù)的優(yōu)異性能，做一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線智能控制開(kāi)關(guān)，這樣可以簡(jiǎn)捷的控制我們的多功能臺(tái)燈音箱。這個(gè)無(wú)線智能控制開(kāi)關(guān)無(wú)線通訊模塊的核心在于CC2530芯片的靈活使用，我們采用了兩塊CC2530芯片來(lái)搭建整個(gè)智能系統(tǒng)，通過(guò)使用兩塊芯片分別作為發(fā)送信號(hào)端和接受輸出信號(hào)端，構(gòu)建一個(gè)智能開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，最終成功地實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線控制的功能。開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)部分主要在兩個(gè)CC2530芯片中集成了程序，通過(guò)多次進(jìn)行的程序優(yōu)化，成功而又高效地實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳輸。無(wú)線智能控制開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的主程序流程圖如圖2所示。

圖2 Zigbee開(kāi)關(guān)系統(tǒng)主程序流程圖

圖3 多功能臺(tái)燈音響效果圖

2 多功能臺(tái)燈音箱（見(jiàn)圖3）操作方法及功能

（1）臺(tái)燈光控裝置感應(yīng)到周邊環(huán)境時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)聲控模式，此時(shí)感應(yīng)到聲音后就能自動(dòng)亮起，120秒后燈光自動(dòng)關(guān)閉；

（2）如不需要聲控功能長(zhǎng)按此按鍵3秒以上即可關(guān)閉，如需再啟動(dòng)聲控功能只需快速按兩下，聲控模式恢復(fù)。

（3）當(dāng)感應(yīng)周邊環(huán)境光線明亮?xí)r臺(tái)燈聲控模式自動(dòng)關(guān)閉。

（4）同時(shí)兼?zhèn)淦胀ㄅ_(tái)燈使用功能，按一下開(kāi)關(guān)按鍵即可啟動(dòng)臺(tái)燈，再次按一下關(guān)閉燈光。

（5）如需要播放音樂(lè)，則需要打開(kāi)音頻開(kāi)關(guān)后連接音頻設(shè)備。

（6）USB接口充電，3.5mm雙向音源線。

（7）通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上設(shè)計(jì)了一種新型的多功能臺(tái)燈音箱，并對(duì)音箱方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。同時(shí)融入Zigbee技術(shù)對(duì)臺(tái)燈音箱控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可以進(jìn)行無(wú)線操控。所設(shè)計(jì)的臺(tái)燈音箱可以大大節(jié)省桌面空間；可以隨身攜帶，簡(jiǎn)單、方便；自身帶蓄電池可以連續(xù)播放音樂(lè)4小時(shí)，照明4.5小時(shí)；可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程控制。以后將不斷完善該音箱，使之可以更好的服務(wù)于電腦和手機(jī)的運(yùn)用。

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作者簡(jiǎn)介：

劉科建（1983—），男，研究生，講師，研究方向：電工電子、自動(dòng)化等。