一种新型的智能声控灯系统

蔡丹丹 胡颂华

（江苏省启东折桂中学 江苏启东 226200）

一、绪论

市面上有各式各样功能的灯，这些灯被用于各种不同的场所，很多学生在生活中也或多或少地使用过。本课题就是利用模拟电子元件制作一个楼道声控灯，声控灯是一种比较“人性化”的灯。这次实验采用的硬件是科技创客材料包中的元件，使用的软件是北京师范大学创客教育实验室研发的一款图形化编程工具-米思齐（Mixly）。Mixly是一款面向创意电子开发的免费开源图形化编程工具，具有软件界面友好等特点。通过系统地学习与实验，同学们已经掌握了如何点亮该种新型的声控灯，如何进行自动控制等，为设计楼道声控灯奠定了良好的基础。

二、电路搭建

本课题所搭建的楼道声控灯系统，采用的是5V直流电源为系统供电，使用的元件是Arduino Nano主控板、光敏模块、模拟声音模块、LED灯模块以及3P数据线数根，连接如实物连接图所示。电路搭设：

●光敏模块连接到模拟引脚A0；

●模拟声控模块连接到模拟引脚A2；

●LED灯模块连接到数字引脚11。

Arduino是一个开源的电子制作平台，Arduino既可以独立运行，又具备互动性。它可以通过PC的外围装置相连接，还能与PC软件进行沟通。Nano扩展板给外部电路提供了便捷的物理和电气连接，同时给Nano主控板提供了扩展能力。

光敏模块是对外界光信号或光辐射有响应或转换功能的敏感装置，是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器。它随着光强的变化而改变其电阻，可以用来制作光控开关。光照愈强，阻值就愈低；光照愈弱，阻值就愈高。[1]

声音模块是一种接收声波并将其转换为电信号的电子器件，它像麦克风一样检测周围环境中的声音强度。主要是检测当前的声音信号，并感应声贝的高低输出对应的数值。[2]

实物连接图

三、软件的编写

根据光敏传感器和模拟声音传感器的工作原理，来分析楼道声控灯的工作原理是什么呢？光线充足，灯常闭；光线不足，感应到声音灯开启，一段时间后灯关闭。我们根据声控灯的工作原理，制作了一个控制软件的工作流程图，再用米思齐软 件进编程。

部分主要程序

在运行程序里面我们声明了一个亮度控制的函数，封装了一段灯泡从亮至灭整个过程的程序代码，在程序执行的过程中一旦光线值大于等于200和声音值大于等于40，就执行了亮度控制，调用亮度控制函数，从而实现了实验设计效果。

四、声控灯系统的功能拓展

声控灯的拓展一：前面我们设计的声控灯只是控制了一个灯的亮灭，在一些特定的场合需要一个控制器控制多个灯泡同时亮灭。可以多用几根3P数据线连接灯泡至主控板的数字引脚上，在程序中添加两个循环，控制几个灯泡地点亮和熄灭。

声控灯的拓展二：给电路添加一个按键模块，预防声控灯感应不灵敏或者出现灯泡长明的现象。控制程序是从上至下运行的，在灯泡被点亮后需要人为通过开关来熄灭灯泡，我们选择用中断功能来实现。因为Arduino Nano板上只有数字引脚2、3端口可以触发中断，并且引脚2对应的中断优先级要高于引脚3对应的中断[2]，所以我们把按键模块连接到数字引脚2端口。

程序运行的过程中，除了通过光敏和声音传感器来点亮灯泡以外，还可以通过按键模块来点亮。只要在程序中触发点亮灯泡的条件判断语句那，添加逻辑或把按键模块按下点亮灯泡这一条件加上可实现。因为按键模块抬起为1按下为0，所以在获取的按键状态前加一个“非”，只有按钮按下才点亮。

光线、声音和按键点亮灯泡的条件判断语句

程序在Arduino Nano上的CPU中具有不同的优先级，中断程序具有高优先级，CPU会优先执行。一旦外部端口触发中断操作，主控板上的CPU会暂停正在执行的程序，转而执行中断程序，待中断程序执行完毕后，再返回中断前暂停的程序继续执行。Mixly只提供了3种模式支持中断：上升、下降和改变[2]。

执行中断的程序

在初始化模块中添加中断声明，在声明函数的下面添加按键模块的函数，一旦触发中断执行按键模块函数。由于我们不清楚开关的当前状态是抬起还是按下，所以在这里我们选用的中断模式为改变，一旦数字引脚2接收到数据（无论是按键按下或者抬起），则执行按键模块函数。按键模块函数的功能是如果灯泡亮则熄灭，如果是灯暗则亮起。数字引脚2的按键模块的作用是实现除光线和声音对灯泡的控制以外的手动开关功能。

五、小结

生活中，声控灯照明的应用非常广泛，一是安装便捷、使用智能，二是可以节约电力资源，三是提前预防各种因照明不及时带来的风险，人们也不必为在黑暗中摸索开关而烦恼。当然，任何产品也有弊端，由于开关的频率比较高，若灯泡的质量不过关则寿命会受到影响，也可能造成一定的噪音污染。

本课题的实验方案是一种由自然光及声音互补控制熄与亮的新型智能声控灯系统，是由对声音敏感的模拟声音模块及对自然光敏感的光敏模块组成开关来控制照明用灯，适用于任何可用自然光控制电灯熄亮的场所。特别是在公共场合，它可减少人工开关电灯带来的一切麻烦和风险，也避免了忘记关灯或故意不关灯而造成的用电浪费，达到了安全可靠、资源节约、智能便捷的效果。