陳書明，洪志彬，林 雨 ，王 博

(1 龍巖學(xué)院 福建龍巖 364000；2 河北工程大學(xué) 河北邯鄲 056038)

隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入到社會各個領(lǐng)域，其中紅外傳感設(shè)備更是成為智能感應(yīng)的必選設(shè)備。近年來，一些學(xué)者采用單片機及紅外系統(tǒng)設(shè)備[1]開發(fā)出基于單片機的智能應(yīng)用系統(tǒng)，如許保彬[2]進行基于AT89C52單片機的紅外發(fā)射與接收系統(tǒng)的研究；白國政[3]研發(fā)基于stc89c52便攜式甲醛測試儀的研制；紀鵬等人[4]研發(fā)的基于BY8001-16P的紅外遙控音樂播放器；李應(yīng)攀[5]提出基于單片機的音樂播放器系統(tǒng)設(shè)計。

本文采用紅外傳感器設(shè)備、單片機、語音模塊等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)一個高校紅色文化宣傳系統(tǒng)，通過對高校學(xué)生進行潛移默化的紅色革命小故事及紅色革命精神的教育，從而引導(dǎo)大學(xué)生傳承吃苦耐勞、勇于拼搏、艱苦樸素的紅色革命精神。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計以及工作原理

本系統(tǒng)采用STC89c51單片機[6-7]、紅外傳感器、語音編碼解碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計出紅色文化宣傳系統(tǒng)，放置在學(xué)校各個公共區(qū)域，隨時感應(yīng)周邊的教師學(xué)生們，給師生們送上紅色革命歌曲及紅色革命故事，一旦老師學(xué)生們離開，這個設(shè)備自動感知并停止播放紅色文化。首先，采用By8001語音模塊Mp3音樂進行編碼/解碼處理，采用無源喇叭技術(shù)進行Mp3音樂播放功能。其次，綜合上述知識完成實時感應(yīng)人群、隨機播放紅色小故事及紅色歌曲功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本系統(tǒng)主要由單片機模塊、人體紅外模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、語音播放等模塊構(gòu)成，系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

1.1 人體紅外傳感器模塊

人體感應(yīng)類開關(guān)又叫熱釋人體感應(yīng)開關(guān)或紅外智能開關(guān)。它是采用紅外射線技術(shù)的自動感應(yīng)電子設(shè)備，當(dāng)人一旦處于感應(yīng)區(qū)域時，若干個人體紅外傳感器設(shè)備能實時檢測到人體紅外光譜的變化，自動連通負載，人一直處于感應(yīng)區(qū)域，人體紅外傳感器將持續(xù)接通負載；人一旦離開紅外感應(yīng)區(qū)域后，人外傳感器將在某個時間內(nèi)自動關(guān)閉負載。

人體紅外感應(yīng)開關(guān)設(shè)備[1]的核心元件為人體熱釋電紅外傳感器。每個人都有恒定身體溫度，體溫大約在36.2～37.4 ℃，人體在這種溫度下會散發(fā)出某一波長的紅外射線，被動式紅外射線探頭主要負責(zé)探測人體散發(fā)的9.5μm紅外線，而通過菲涅爾鏡片把這個紅外線增強并聚集到紅外感應(yīng)源上，紅外感應(yīng)源設(shè)備一般采用熱釋電電子元件，這種熱釋電元件一旦接收到人體散發(fā)的紅外線，這個電子元件溫度發(fā)生變化導(dǎo)致失去電荷平衡，從而向外界釋放電荷，進而觸發(fā)紅外感應(yīng)開關(guān)動作。人一直處于感應(yīng)區(qū)域，感應(yīng)開關(guān)將一直處于持續(xù)接通狀態(tài)，人一旦離開感應(yīng)區(qū)域后或在感應(yīng)范圍內(nèi)較長時間無任何動作，紅外感應(yīng)開關(guān)將在某一時間內(nèi)自動關(guān)閉負載。

1.2 By8001-16P語音播放模塊

本系統(tǒng)的語音播放模塊是BY8001-SSOP24 MP3主控芯片，支持MP3、WAV格式雙解碼。此模塊內(nèi)有多個TF卡槽，可隨時插TF卡更換mp3格式或WAV格式語音內(nèi)容，還可外接USB2.0、USB3.0優(yōu)盤或通過USB數(shù)據(jù)線連接電腦更換TF卡語音內(nèi)容,該語音模塊內(nèi)置3W功放，可以隨時驅(qū)動3W的喇叭，播放更方便流暢。

(1)技術(shù)規(guī)格:支持 MP3 、WAV文件格式播放 。擁有24 位 DAC 輸出，動態(tài)范圍支持 90 dB，信噪比支持 85 dB。支持讀取 USB2.0、USB3.0優(yōu)盤，最大讀取容量為 32 G；也可通過 USB 數(shù)據(jù)線更換 TF卡 里面語音內(nèi)容。

(2)語音模塊管腳圖：如圖3所示。

圖3 BY8001-16P模塊管腳圖

(3)模塊與單片機連接圖：如圖4所示。實驗的驗證都是基于現(xiàn)實發(fā)生的情況進行測試。

圖4 語音模塊與單片機連接圖

1.3 單片機控制模塊

選用STC89351單片機作為系統(tǒng)的核心部件，實現(xiàn)處理以及控制的功能，因為單片機具有體積小、編程資源豐富、反應(yīng)速度快等優(yōu)點?？梢暂^為靈敏地控制傳感器模塊以及語音模塊，其中單片機還有剩余的接口[2]也給整個系統(tǒng)帶來了良好的可拓展性。

2 系統(tǒng)的實驗測試

2.1 紅外傳感器模塊測試

傳送當(dāng)無人經(jīng)過時不發(fā)出信號所以電壓為0；當(dāng)有人經(jīng)過時紅外傳感器傳送電壓，數(shù)值顯示為“171”傳送的電壓大約為5 V；如圖5所示，本模塊主要代碼如下：

void main()

{ P1=0xff;

timer0_init();

init_com();

while(1)

{

PCF8591_SendByte(AddWr,2);

D[2]=PCF8591_RcvByte(AddWr);

keyscan();

if(D[2]>=171)

{

P1=0x00;

wei4=1;

flag3=1+rand()%12;

Play(Playtable[flag3][0],Playtable[flag3][1]);

//隨機播放紅色故事或紅色歌曲

delay(6000);

recoverplay();

}

if(D[2]<171)

{

P1=0xFF;

wei4=0;

}

}

}

}

圖5 高校紅色文化宣傳系統(tǒng)測試圖

2.2 系統(tǒng)工作總流程

該系統(tǒng)能及時捕捉到經(jīng)過的行人釋放的近紅外線，并能實時地把紅外線信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并啟動揚聲器進行播放紅色歌曲和紅色故事，詳細步驟如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)實況操作流程圖

(1)當(dāng)檢測到有人經(jīng)過時，紅外傳感器感受到人體信號，將信號傳送到AD轉(zhuǎn)換器。

(2)AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送到Stc芯片中。

(3)STC芯片將信號傳送到揚聲器模塊。

(4)揚聲器模塊播放存儲在儲存卡里的紅色歌曲和紅色故事。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用人體紅外傳感器、語音模塊等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計一款高校紅色文化宣傳系統(tǒng)，能實時感應(yīng)到接近的人群，隨機播放紅色革命故事及紅色革命歌曲。在一定程度上，對紅色革命文化學(xué)習(xí)及紅色革命精神傳承有著重要的作用和意義。在該研究及設(shè)計中，融入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及GPS定位功能，及時更新該系統(tǒng)的音頻內(nèi)容，給廣大師生送上最新最經(jīng)典的紅色革命歌曲及紅色故事。