1、USB驱动的具有光敏、声控、温控功能的工作环境调控系统作者：顾一峰 赵俊华指导教师：林士玮,【内容摘要】：通过USB接口供电，打印机并口对信号进行获取和输出，程序对信号的识别与控制，主要实现三种功能：光控，声控，及温控。即实现工作环境能根据环境光线强弱自动开关电灯，达到节能效果；实现工作环境能对接收到的声音口令进行识别，去自动开关电灯，达到方便智能的效果；实现工作环境能根据温度的高低，自动开关电扇，自动开关加热器对工作环境的温度进行调节。,一、项目背景（创作意图）众所周知，节能降耗是我国建设资源节约型社会的一项战略任务,是全社会的一件大事。能源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会可持续发展的
2、重要物质保障，所以节约能源是当今社会需要关注的热点问题。自动化，智能化也是当今科技发展的方向，它可以为人们带来更多的便捷，尤其是某些特殊人群，例如：残疾人等。本项目从这几个方面入手，提出问题，进行对项目的构思和设计。,二打印端口介绍D0-D7为数据线, S0-S7为状态线, 但是S0,S1,S2是看不见的, 状态线是用来读取数据的, 但S0却不同, 它是超时标志位。其他的状态线从第10-11-12-13-15针是用来发送数据的(可以看出是5位)。C0-C7为控制线，但是在接口上C4, C5, C6, C7是不可见。G0-G7是地线。每一个并口都有一个地址。 D0-D7可以用8位二进制数字表示,
3、例如八个端口为11111111时（十进制为225）,则八个端口全部输出高电平。 这在程序中可用Out(int adress, int value) 方法实现。,三、硬件与软件设计原理整个系统程序设计过程中，在名称空间上用Using声明一个新的C#类System.Runtime.InteropServices。这个类实现了我们对WINDOWS地层端口的基本控制。接下来在名称空间内声明我们事先复制好的WINDOWS低层控制并行端口的类文件inpout32.dll。inpout32.dll这个文件能在System32这个文件夹了找到。把文件inpout32.dll复制到新建好的C#项目中的Debug
4、文件夹内即可。再对这个Dll文件进行声明和调用。public static extern int Inp(int adress)。这个是端口输入的函数。public static extern void Out(int adress, int value)。这个是端口输出的函数。Out(888,0)是为端口全关，输入Out(888,225)为端口全开。,（一）光控通过光敏电阻，74LS00与非门芯片等一些电子元件，设计具有光敏功能的硬件电路，从而获取外界光线强弱，并转化成电路信号通过打印机并口输入计算机，通过编写计算机程序对信号进行识别，然后输出控制信号，从而实现使工作环境能够按光线的明暗，自
5、动控制电灯产生节能效果。如下图1所示，74LS00芯片引脚2与引脚5恒置高电平1，当光线较强时，光敏电阻R1（阻值变小）导通，引脚4输入低电平0，则，即引脚6输出高电平1到端口S4；同理，当光线较弱时，光敏电阻R1（阻值增大，变很大）截止，则，即引脚6输出低电平0到端口S4。通过计算机程序获取S4中输入的信号，并对信号进行分析和判断，当S4为高电平时（光线较强），D6输出高电平到引脚1，即引脚3输出低电平，同时D7也输出低电平，则灯L1,L2都不亮；当S4为低电平时（光线较弱），D6输出低电平到引脚1，即引脚3输出高电平，同时D7也输出高电平，则灯L1,L2都亮。从而实现光控效果。,图1 光控
6、电路图,（二）声控从微软网站下载SpeehSDK,获得里面一个名为sapi.dll文件，并在程序中using SpeechLib进行引用，然后通过类SpRecognition及SpRecognition()，BeginRec(), CloseRec(), ContexRecognition()等各个方法实现声音获取；打开语音属性，找到里面的语音训练配置文件，进行语音训练，从而提高识别的精确度。在程序中编写控制口令，一旦识别到的单词与口令相似则，通过API函数访问并口，并输出相应信号。该系统中开启电灯的语音口令是“PLAY”，关闭电灯的口令是“STOP”。获取声音识别声音开启电灯关闭电灯口令为P
7、LAY口令为STOP流程图如下图二所示。,图2声控流程图,（三）温控1直接反馈式多谐振荡器 在图31中，图31(a)所示是直接反馈式多谐振荡器的电路结构形式。其电路组成的特点是：引脚、接在一起，通过电容C1接电源负极，输出端脚通过电阻Ra与输入端、脚连接，输出电压Vo通过Ra加至电容C1的上端。由于是输出电压Vo通过反馈电阻Ra直接反馈到RC电路形成的正反馈使电路振荡，所以称为“直接反馈式多谐振荡电路”，图3-1(b)所示是以555电路内部逻辑图形式组成的直接反馈式多谐振荡器。 直接反馈式多谐振荡器的振荡过程是这样的：接通电源后，输出端脚输出高电平，这一高电平通过Ra向电容C1充电。由555电
8、路的工作分析可知，由于在接通电源之初电容C1上的电压Vc0V，所以它的输出端输出电压Vo为高电平。,随着时间的延长，电容C1上的充电电压Vc逐渐由0VVDD32VDD3。当Vc升至VDD3时，Vo保持不变，但当Vc升至2VDD3时，Vo立即翻转为低电平，这时电路内的输出管进入导通状态。电容C1上的已充电电压Vc通过RA到输出端脚，进入555电路内的输出管对地放电。 随着电容C1放电时间的延长，Vc逐渐下降，当降至Vdd3时，电路立即翻转，Vo又变为高电平。这时555电路内的输出管由导通变为截止，电容C1终止放电。由于输出端又变为高电平，因此电容C1又进入充电过程，下一个充放电周期开始。上述过程
9、周而复始，电容C1的充放电过程一直进行，电路的振荡也一直延续下去。,555电路组成多谐振荡器时，其工作波形如图3l(c)、(d)所示，其中图31(c)所乐是电容C1上的电压随时间变化的波形，图31(d)所示是输出端脚的输出波形。振荡电路输出脉冲的周期与频率可用下列公式求出：,图3-2 555震荡电路接线图,在本系统中实际使用的电路如图3-2所示，因此震荡公式为：,图3-1基本震荡电路及其输出波形,在程序设计方面通过打印端口对震荡电路中的信号进行获取，通过两个计数器去控制，一个计数器频率写成10毫秒，即每10毫秒对输入的信号进行一次采样，然后另一个计数器的频率写成1秒，即每一秒对震荡次数进行分析
10、，如果温度较高则，震荡频率会比较快，并编写一个触发事件，对每次震荡进行纪录。然后在程序中设定一个值，一旦震荡次数超过该值则控制端口输出信号，使电扇开启，加热器关闭加热；反之当温度降到一定程度再通过程序输出信号使电扇关闭，加热器重新加热。当然在加热器中我们接入了一个继电器，这样使得信号能去控制加热器的开关。,四、结束语本文提出的具有光敏、声控、温控功能的工作环境调控系统，硬件电路简单，控制灵活。在程序设计语言选择方面，在Microsoft Visual Studio .NET2003平台上用C#语言进行可视化程序设计，在实现接收与传送的方面可方便地控制通信对象的选择，具有较大的灵活性，且容易编程。本系统集成多种功能，以节能，智能为创新亮点。本文的设想是能为通过节能，智能这两方面，为社会节约资源，为人们提供更舒适，便捷的工作环境。此外，本文中在系统设计方面可能还存在一些不足，比如：总线的通讯方式仍属于串行通讯方式，在子系统较多的情况下，在系统并发运行方面还有待进一步提高和改进。参考文献：1魏淑桃，计算机电路基础，高等教育出版社，2005年9月。 2肖景和，555集成电路应用精粹，人民邮电出版社，2007年9月。3 http:/ 微软网站，2007年6月。,
