智能手势控制灯的设计介绍Word下载.docx

1、第二章 市场分析51、全球传感器现状52、发展前景6第三章项目制作研究过程71、系统方案71.1 红外发射模块71.2 红外接收模块71.3 控制模块82、备选方案：采用超声波模块控制信号的发射与接收8第四章电路设计.10、红外发射模块102、红外接收模块12第一章项目介绍1、项目亮点利用红外测距传感器发射的红外信号遇到障碍物距离的不同反射强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测，然后通过手势的来回移动来实现控制灯的亮灭。红外手势控制灯结合红外传输和红外测距传感器两个方面。红外传输是一种点对点的传输方式，利用红外线的物理性质来进行测量，红外线又具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外线测距传

2、感器有远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；有同步输入端，可多个传感器同步测量；测量范围广，响应时间短；而且它的应用价值比较高。而且红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、敏感度高、响应快等优点。且红外系统应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。2、产品与服务手势控制采用非接触方式控制灯的开关、调节灯的亮度。只要手在黑色感应区前 5-20cm 处稍微停留，即可控制灯的开关。具有卫生、安全的特点。你只需要挥挥手就可以切换亮度，把手放在上面一会儿，就可以进行隔空手势调光，以及开关和睡前呼吸延时功能。大学“拾”光，

3、无尽遐“享”，确实很酷、很人性的设计思维。延迟关闭可以手势设置灯延迟 30s 自动关闭，方便晚上睡觉，避免关灯之后看不清而发生意外。三级调亮针对不用的使用场合设计了三级亮度，分别为最亮/次亮/最暗。最亮状态时可以看书，最暗状态时可以看电影，次亮时可以做一些其他事情。光线均匀发光源为 LED 灯珠，总共 24 颗灯珠。光线呈锥形均匀扩散，几乎无阴影， 温和亮堂，对眼睛起到很好的保护作用。3、设计目的随着生活水平逐步提高,各式各样的灯具除要满足照明的需求外,亦要符合装饰和美化居室的效果,因此,加速了灯具灯饰行业的发展。智能感应红外手势控制灯就是一款功能化的节能灯产品,能利用人体红外信号控制节能灯的

4、发光状态即拥有人到灯亮,人离灯熄的功能,其安全节能等显著优点将受到人们青睐。本项目设计的红外信号控制灯采用红外热释电探头、光敏电阻等构建红外信号处理系统,采用红外线检波接受芯片 cx20106 控制的集成电路对接收探头受到的信号进行放大，滤波。考虑成本、性能和受广大用户欢迎程度,采用被动式热释电红外探头作为智能感应灯的传感器。基于节能方便等要求,，人到灯亮,灯需处于点亮状态一段时间后再判断是否熄灭,需要输出有一定的延时,并由个人喜好不同要求能方便的调节延时时间。4、产品应用范围本产品适用于（1） 住家、卧室、客厅、厨房、浴厕（2） 办公室、会议室、电脑室、网吧、地下室、吸烟区（3） 汗蒸房、商

5、店、美容院、餐厅、咖啡馆、速食店、茶艺馆（4） 医院、诊所、疗养院、学校、学习班、托儿所5、原理及优势本手势控制灯改变了传统的按键及声控开关形式，创新的采取肢体控制， 减少了外接设备的束缚，摆脱传统观念上人们对于开关的概念，本产品通过人在红外发射端一定距离内挥动手臂对发射的信号进行干扰，接收器对反射回的信号进行处理，以达到控制照明设备亮灭的目的。使灯的控制变得更有效，方便，并且，通过手势操控也会让我们看起来更酷！此手势控制灯创意新颖，且较其他手势控制更为简单，成本低，所以极其容易应用到广大群众的生活当中，具有良好的市场。相比按键开关控制的灯，有时我们会因为距离问题或是疏忽，而不愿去将 灯关闭，

6、造成了不必要的浪费；而声控形式的灯，由于它点亮之后需要持续一 定的时间，因此，我们无法在不需要灯光时及时熄灭它，也会造成不必要的浪 费！可能一盏灯节的电微乎其微，但是在全国乃至全世界，如果都使用我们这 盏灯，那我相信，每年节省的电能是不可估量的！节约电能的同时， 旨在保护了环境。科技的发展，不仅在于改变了我们的生活，而是让我们的生活更加美 好与健康，在享受科技给我们带来便利的同时，也能让我们欣赏美丽的大自然！ 由此可见，节约与环保是我们这一产品的又一巨大潜在优势！第二章市场分析1、全球传感器现状2014 年全球手势识别与传感器市场达到了 31.2 亿美元的规模，其复合年增长率为 32.78%。

7、日前一份新发布的分析报告称，到 2022 年该市场规模预计将达 321.6 亿美元。技术进步使硬件精度大幅提升，从而进一步拉升了对手势识别与传感器市场的需求。在智能手机与汽车领域，手势识别与传感器市场呈现指数增长，其中的关键因素为硬件成本低廉，同时可大幅改善用户体验。而另一方面，高功耗也成为阻碍市场增长的主要原因。据预测，全球手势识别与传感器市场未来增长机会主要将落在智能家居以及部分新兴领域。目前北美与欧洲国家是传感器最大的需求来源，预计亚太地区将迅速崛起并占据大部分市场份额。除谷歌、苹果、微软、英特尔等科技巨头外，各个细分领域也涌现出一批佼佼者，如体感技术公司 Softkinetic、图像识

8、别公司Cognivue、物联网公司 Pointgrab、以及提供半导体解决方案的英飞凌科技等。另一大趋势是，中国、印度等发展中国家创业公司正在大量吸引投资。这一手势识别功能模块能够自动消除环境光的影响、排除光学串扰，既能满足简单的“东南西北”手势传感也能实现复杂的虚拟按键和轻击等广泛的手势检测要求。采用片上集成技术（包括盲元替代、非均匀性校正、部分图像处理功能等） 和其它新的器件结构及新的制造工艺技术，在 MEMS（微机电系统），甚至基于 纳米科技的 NEMS（纳机电系统）推动下，红外传感器尺寸大为缩小，功耗大大降低，集成度显著提高。由于红外传感器的优越性能，许多主流仪表研究单位和生产制造商对

9、它的研发投入也越来越高。由于红外线感测大厂的多元化，导致红外探测器竞争格局十分复杂。必需要清楚地了解每个主要厂商的技术背景和定位，才能清楚整体市场商机和将要面临的挑战；小型红外线感测器的市场已趋成熟，走向价格战，中大型红外线阵列感测器还是以性能及品质为主，尚有容纳新人加入的利润空间。随着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大，红外传感器正从小型、单一功能，向大型化、多功能化方向发展。如国外所研制的大型红外传感器（1616 到 6464 像素）除可进行温度场测量外，还可获得先进的、小型红外传感器所不具有的人体探测功能（即可精确定位个人在空间中的位置，即使人不活动，也可识别出）或大型区域的安

10、全监视等功能，十分适宜于家庭自动化、医疗保健、安全防护等场合的应用。此外，新型多光谱传感器的研制，也大大改善了红外成像阵列的功能性。2、发展前景红外感应器应用可以用于非接触式的温度测量，气体成分分析、热像检测、红外遥感以及军事目标的侦察、搜索、跟踪和通信等。红外传感器的应用前景随着现代科学技术的发展，将会更加广阔。虽然现阶段的红外传感器还有很多的不足，但红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用。随着探测设备和其他部分的技术的提高，红外感应器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度，也将有更广阔的应用范围。全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主

11、要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场。第三章项目制作研究过程1、系统方案主体由三个模块组成，分别为红外发射，红外接收及电路控制端。1.1 红外发射模块红外发射由 555 触发器控制的发射端。红外发光二极管，它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极

12、管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。我们使用的是透明的红外发光二级管，由三个二级管并联组成发光源。1.2 红外接收模块接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二 极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反 向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW 左右），所以红外接收二 极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年

13、常用PC1373H、CX20106A 等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源（GND）和数据输出（VO 或 OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管， 非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为 38kHz，这是由发射端所使用的 455kHz 晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取 12，

14、所以 455kHz1237.9 kHz38kHz。也有一些遥控系统采用 36kHz、40kHz、56kHz 等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。我们使用的红外接收模块的接收头为塑料封装，红外接受电路，信号经红外线接收管接收，送给 cx20106 芯片方大，整形，输出脉冲波形。将其波形适当变换变成我们需要的形式。红外线接收的特点是，灵敏，反应速度快。1.3 控制模块将红外接收电路反馈的信号调整成需要形式已达到控制电路的目的。 采用超声波模块控制信号的发射与接受。超声波具有方向性好、在介质中传播能量消耗缓慢、且其速度远小于光速等特点,因而超声波可用于距离测定。超声波测距的基本思想是:通过测量从超

15、声波发射到接收到反射回波的时间间隔来计算距离。本文利用超声波特性,设计了基于单片机的一种超声波测距系统,可以实现对目标距离的非接触式测量。超声波测距系统的原理及其算法设计考虑实际工程测量要求,利用超声波测距时,选用频 f=40KHz 的超声波。超声波传感器是实现声电转换的装置,又称为超声波换能器或者超声波探头。它是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。本设计中实际采用了 T/R40-12 压电式超声波换能器,它的工作频率为 40KHz,外壳直径为12mm。超声波发生器 T 在某一时刻发出一个超声波信号,当这个超声波信号遇到被测物体后反射回

16、来,就会被超声波接收器接收到。2、超声波测距原理超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号, 就成为超声波接收器。在超声探测电路中,发射端得到输出脉冲为一系列方波,其宽度为发射超声与接收超声的时间间隔,被测物距离越大,脉冲宽度越大,输出脉冲个数与被测距离成正比。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。本方案以 ATMEL89C52 为核心,通过对其软件编程,实现该对其

17、外围电路的适时控制,并提供给外围电路所需的信号,包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等。简化了外围电路,且移植性好。3、超声波技术在日常生活中有着广泛的应用。超声波，多应用于汽车倒车、建筑工地以及一些工业现场的位置监控，如液位、并深、管道长度的测且等场合。我们的超声波控制模板采用的是 STC89C51 单片机，12MHz 晶振， 单片机用 Pl.0 口输出超声波换能器所需的 40kHz 方波信号，利用外中断 O 口监测超声波接收电路输出的返回信号，采用 STC89C 引来实现对 CX201O6A 红外接收芯片和丁 CT4O 一 10 系列超声波转换模块的控制。第四章电路设计1、红外发射

18、模块（1） 本模块由 555 触发器控制发射出红外信号，555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及 施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等 值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3

19、，C2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。（2） 555 定时器可工作在三种工作模式下：单稳态模式：在此模式下，555 功能为单次触发。应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。无稳态模式：在此模式下，555 以振荡器的方式工作。这一工作模式

20、下的555 芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555 可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。双稳态模式（或称施密特触发器模式：在 DIS 引脚空置且不外接电容的情况下，555 的工作方式类似于一个 RS 触发器，可用于构成锁存开关。我们采用的是 555 触发器的无稳态模式来作为红外发射模块控制电路。2、红外接收模块接收模块电路如图所示Cx20106A 芯片结构如图所示本模块采用 cx20106A 芯片为核心的控制电路，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载

21、波频率38kHz 与测距超声波频率 40kHz 较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明，其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变 C1的大小， 可改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。R1 和 C1 控制 CX20106A 内部的放大增益，R2 控制带通滤波器的中心频率。一般取 R1=4.7 ，C1=1F。其余元件按图 4 取值。US_R1 为超声波接收头，当收到超声波时产生一个下降沿，接到单片机的外部中断 INT0上。当超声波接收头接收到 40kHz方波信号时，将会将此信号通过 CX20106A 驱动放大送入单片机的外部中断 0 口。单片机在得到外部中断 0 的中断请求后，会转入外部中断 0 的中断服务程序进行处理，在移动机器人的避障工作中，可以在中断服务程序设定需要单片机处理的最短距离， 比如 0.5m。对于距离大于 0.5 m 的障碍物，可以不做处理直接跳出中断服务程序。