沙盤模型語音燈光控制系統設計

藤天杰

【摘要】沙盤系統在展覽展會活動中廣泛使用，具有極為重要的地位。沙盤控制系統是集燈光，語音，文字以及各種輸入輸出的綜合系統。本設計采用AT89S51單片機作為核心控制芯片來實現沙盤的智能控制，其獨特的輸入和輸出形式涵蓋了沙盤應用的基本功能需求。

【關鍵詞】單片機；紅外；光電；MOC3016

中圖分類號：TP39 文獻標識碼A： 文章編號：1006-0278（2014）05-176-01

一、系統設計意義

1.可操作性較強。輸入采用了三種輸入方式，包含了鍵盤輸入，紅外遙控輸入和光電輸入，輸入方式可選擇性很強，從有線到無線，從近到遠都兼顧到了。2.輸出功能多樣性。輸出包括了常用的語音，解說詞顯示，還外加了弱電控制強電驅動高壓設備，根據實際需要，可以加載更多其他高壓設備，達到控制各種高壓設備。3.可擴展性好。此次設計的LED點陣顯示，燈光控制，光電輸入，可以根據具體需求控制點數進行擴展，可擴展性較好。

二、系統硬件設計與實現

1.采用單片AT89S51單片機作為沙盤系統的控制核心，將從鍵盤得到的信號，紅外得到的信號，光電得到的信號能分別處理，并輸出控制信號給AT89S51，也同時控制語音的播放。

2.選用AT89S52單片機作為LED顯示控制芯片。核心控制芯片AT89S51通過P1口并行8位發送控制信號給AT89S52。用擴展AT89S51的原因有：（a）AT89S51外設端口不能滿足LED點陣使用；（b）AT89S51內存不能滿足點陣字模的存儲；（c）把編程必須通過對74LS164來掃描的程序放在一起，程序很難實現，并且能實現的話，LED的掃描將受到嚴重影響。3.采用AT89S52來控制128*16LED點陣顯示漢字等內容。使語音播放的漢字等內容能通過該點陣顯示出來；采用動態顯示技術，能節約端口等。4.選用獨立的語音模塊BMP5028作為語音輸出；能夠播放112段獨立的mp3、wav格式的語音，具有內存大，音質好等特點，通過單片機編程就能調用芯片內存中相應的歌曲。5.選用單片機控制三極管來作為模擬開關控制燈泡，采用光耦隔離強電和弱電并驅動彩燈，彩燈是能直接連接到220V市電點的，這樣來達到燈光效果。6.選用4*4鍵盤來作為鍵盤輸入，輸入的包括從0到15共16個數字。7.選用紅外來作為另一種系統輸入控制方式，能遙控控制整個沙盤的運行同鍵盤輸入系統實現的是同樣的功能，紅外編碼的解碼采用單片機編程來實現。8.光電輸入方式用激光筆來控制沙盤的運行，設計思路是采用74HC165來實現并入串出的方式把數據送入單片機，需要一直進行動態掃描來實現。硬件設計和軟件設計需要較好的配合。

三、系統軟件設計

程序設計整體流程圖如圖所示，主要包括紅外子程序設計，串行輸入程序設計，鍵盤輸入程序設計，以紅外程序的優先級最高，在常態下無鍵按下則不斷掃描這三種輸入方式，直到有一種輸入方式響應。

1.輸入實現原理：如圖所示。程序從主函數開始執行，最先檢測的是紅外輸入，如果有中斷響應，則跳轉執行中斷程序，此時再次檢測是否是低電平（低電平觸發中斷），如果確認是，則返回執行相關其他輸出程序，如果不是，則跳出并繼續監測光電輸入信號。其次檢測的是光電輸入，如果串口輸入接收到了數據，則跳轉執行其他輸出程序，如果沒有檢測，則進入鍵盤輸入。最后檢測的是鍵盤輸入，如果檢測到某一行出現電平變化，則延時進一步檢查是否真有電平電話，如果有，則轉入判斷到底是哪個按鍵動作，并進入其他輸出程序，如果沒有則返回進入紅外輸入檢測。

2.輸出實現原理：如圖1所示。AT89S51把檢測到各種輸入信號轉換為控制信號，這個控制信號發送個語音播放模塊進行語音輸出，并把該控制信號通過并口傳送給AT89S52單片機。AT89S52接受到控制信號后進行解碼，并控制LED點陣顯示、燈光輸出控制，從而實現對三種輸出方式的控制。

四、結束語

本設計沙盤控制系統可操作性強：輸入方式豐富，遠程進程全覆蓋。可擴展性強：對于光電輸入，燈光控制，LED點陣顯示的可擴展性很強。輸出功能多樣性，容易滿足客戶需求：光電模塊采用了弱點控制強電，可以很容易轉變為其他控制功能，比如采用MOC3061驅動晶閘管去驅動大功率的電機帶動整個沙盤的升降、平移，也可以對搖頭燈等強電模塊進行控制等。

參考文獻：

[1]戴仙金.51單片機及其C語言程序開發實例[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]戴佳，戴衛恒.51單片機C語言應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，2007.