沙盘模型语音灯光控制系统设计

藤天杰

【摘要】沙盘系统在展览展会活动中广泛使用，具有极为重要的地位。沙盘控制系统是集灯光，语音，文字以及各种输入输出的综合系统。本设计采用AT89S51单片机作为核心控制芯片来实现沙盘的智能控制，其独特的输入和输出形式涵盖了沙盘应用的基本功能需求。

【关键词】单片机；红外；光电；MOC3016

中图分类号：TP39 文献标识码A： 文章编号：1006-0278（2014）05-176-01

一、系统设计意义

1.可操作性较强。输入采用了三种输入方式，包含了键盘输入，红外遥控输入和光电輸入，输入方式可选择性很强，从有线到无线，从近到远都兼顾到了。2.输出功能多样性。输出包括了常用的语音，解说词显示，还外加了弱电控制强电驱动高压设备，根据实际需要，可以加载更多其他高压设备，达到控制各种高压设备。3.可扩展性好。此次设计的LED点阵显示，灯光控制，光电输入，可以根据具体需求控制点数进行扩展，可扩展性较好。

二、系统硬件设计与实现

1.采用单片AT89S51单片机作为沙盘系统的控制核心，将从键盘得到的信号，红外得到的信号，光电得到的信号能分别处理，并输出控制信号给AT89S51，也同时控制语音的播放。

2.选用AT89S52单片机作为LED显示控制芯片。核心控制芯片AT89S51通过P1口并行8位发送控制信号给AT89S52。用扩展AT89S51的原因有：（a）AT89S51外设端口不能满足LED点阵使用；（b）AT89S51内存不能满足点阵字模的存储；（c）把编程必须通过对74LS164来扫描的程序放在一起，程序很难实现，并且能实现的话，LED的扫描将受到严重影响。3.采用AT89S52来控制128*16LED点阵显示汉字等内容。使语音播放的汉字等内容能通过该点阵显示出来；采用动态显示技术，能节约端口等。4.选用独立的语音模块BMP5028作为语音输出；能够播放112段独立的mp3、wav格式的语音，具有内存大，音质好等特点，通过单片机编程就能调用芯片内存中相应的歌曲。5.选用单片机控制三极管来作为模拟开关控制灯泡，采用光耦隔离强电和弱电并驱动彩灯，彩灯是能直接连接到220V市电点的，这样来达到灯光效果。6.选用4*4键盘来作为键盘输入，输入的包括从0到15共16个数字。7.选用红外来作为另一种系统输入控制方式，能遥控控制整个沙盘的运行同键盘输入系统实现的是同样的功能，红外编码的解码采用单片机编程来实现。8.光电输入方式用激光笔来控制沙盘的运行，设计思路是采用74HC165来实现并入串出的方式把数据送入单片机，需要一直进行动态扫描来实现。硬件设计和软件设计需要较好的配合。

三、系统软件设计

程序设计整体流程图如图所示，主要包括红外子程序设计，串行输入程序设计，键盘输入程序设计，以红外程序的优先级最高，在常态下无键按下则不断扫描这三种输入方式，直到有一种输入方式响应。

1.输入实现原理：如图所示。程序从主函数开始执行，最先检测的是红外输入，如果有中断响应，则跳转执行中断程序，此时再次检测是否是低电平（低电平触发中断），如果确认是，则返回执行相关其他输出程序，如果不是，则跳出并继续监测光电输入信号。其次检测的是光电输入，如果串口输入接收到了数据，则跳转执行其他输出程序，如果没有检测，则进入键盘输入。最后检测的是键盘输入，如果检测到某一行出现电平变化，则延时进一步检查是否真有电平电话，如果有，则转入判断到底是哪个按键动作，并进入其他输出程序，如果没有则返回进入红外输入检测。

2.输出实现原理：如图1所示。AT89S51把检测到各种输入信号转换为控制信号，这个控制信号发送个语音播放模块进行语音输出，并把该控制信号通过并口传送给AT89S52单片机。AT89S52接受到控制信号后进行解码，并控制LED点阵显示、灯光输出控制，从而实现对三种输出方式的控制。

四、结束语

本设计沙盘控制系统可操作性强：输入方式丰富，远程进程全覆盖。可扩展性强：对于光电输入，灯光控制，LED点阵显示的可扩展性很强。输出功能多样性，容易满足客户需求：光电模块采用了弱点控制强电，可以很容易转变为其他控制功能，比如采用MOC3061驱动晶闸管去驱动大功率的电机带动整个沙盘的升降、平移，也可以对摇头灯等强电模块进行控制等。

参考文献：

[1]戴仙金.51单片机及其C语言程序开发实例[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2007.