科技館投影儀控制系統開發及應用

王琪

摘要：伴隨投影儀技術的開發與廣泛應用，其體積也隨著尖端科技的發展日益小巧，性能也愈發完善。而科技館中的投影儀，其運行狀態都是長時間持續的，使得投影儀的老化速度大大加快了，且維護成本也隨之增多。對此，需要研發新型的投影儀控制系統應用于科技館中。

關鍵詞：投影儀；ZigBee技術；開發應用分析；經濟效益

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0011-01

1 引言

本文以ZigBee技術為基礎開發的無線傳感器的投影儀及其wireless network控制系統，此系統可以自動感應科技館里的展覽位置上的游客的停留狀態，是在逐漸靠近還是離開，都能進行準確感應，接著系統就會自行將投影儀的開關根據游客停留狀態進行控制。利用wireless network控制形式，除了可自如控制投影儀運行狀態，其效率也得到了顯著提高，慢慢的就可以實現遠程操控模式，進而實現無人操控模式，透過這樣的自動化與智能化的控制系統減少投影儀在運行方面的投入成本。

2 科技館投影儀控制系統開發的前提背景

國內很多科技館的投影儀一般都是固定吊裝于館內展位的天花板上方，使用遙控器對開關與切換功能進行控制，如果稍微不慎遺失遙控器或者遙控系統故障，此時，便會給科技館的運行帶來巨大的不便與尷尬。并且，科技館經常在館內參觀人員數量極少的情況下，也會讓投影儀持續運行，皆因投影儀的控制并未達到理想中的人性化與自動化，并不能隨館內參觀人員多少而進行自如的控制。長此以往，投影儀機器必定也隨著運用時長越久而老化加速，特別是投影儀燈泡，其老化速度更驚人，進而不得已下就需要進行更換，增加維修投入成本[1]。在此背景下，科技館投影儀自動化控制系統的開發與應用就顯得較為迫切，急需研發一種基于ZigBee 技術的投影儀自動化控制系統，透過此種wireless network控制系統，可以對參觀人員的去留狀態進行準確自動感應，進而自動將投影儀的開關或切換進行控制，在此設計研發方案下的科技館投影儀，遠程控制與無人值守的工作狀態再也不是夢。科技館是一個向廣大人民群眾展覽各種科學展品的地方，擁有很多先進的科學網絡技術，基于各種網絡標準的局域網、萬維網，并擁有自己的數據庫和相應的無線網絡管理系統，諸多網絡平臺有助于投影儀的無線網絡控制系統的設計。

3 科技館投影儀控制系統設計與開發分析

3.1 根據ZigBee的局域網協議，創建出短距離、低功耗無線通信網絡平臺

目前基于各種網絡平臺的無線通信設備琳瑯滿目，從最開始的紅外線傳輸，到后來的藍牙傳輸，WI-FI傳輸，多種多樣，其中藍牙傳輸技術已經發展到了5.0LE版本。藍牙5.0LE版本可以與ZigBee通信技術相媲美，但是藍牙5.0LE技術剛剛提出，其匹配的設備與成熟度還遠遠不能與ZigBee通信技術相比。根據諸多網絡通信技術的硬件平臺進行選擇，選取最經濟與實用性最強的、兼容性也最好的平臺進行研究與開發，節省大量資金與時間。組成無線網絡傳感器節點的設備模塊有：無線通信、處理器、傳感器模塊。傳感器是負責對象之間信息的傳輸收集與數據的轉換。處理器控制整個節點的操作，儲存和對收集的信息進行分析。無線通信主要復雜各個節點之間的數據收發，交互、控制信息。此三個模塊是能源消耗的主要途徑，處理器與傳感器在接收到數據時便會產生能耗否則便進入休眠狀態，無線通信模塊主要是由發射器發出數據、接收器接收數據、控制器控制接收或者發出，不工作時默認是接收狀態。模塊在進入休眠狀態時能耗只有傳感器的接收在工作。

ZigBee技術按照節點可以劃分為協調器節點、路由器、終端。此次項目的試驗期，需要確定項目場地的實際要求，確定各個節點所應該處在的位置，運用ZigBee的各個節點作用，畫出詳細的節點分布圖。

3.2 創建ZigBee無線網絡協調器平臺

創建ZigBee無線網絡平臺，要提前進行預備的硬件與軟件，其中硬件需要一臺擁有USB接口并處理器在奔騰II以上的計算機，一套完善的ZigBee開發系統，還有一部分用來測試的電子工具。比如多用表、電子測量儀等。軟件部分我們選擇的是瑞典IAR Systems公司的一個集成開發平臺軟件IAR Embedded Workbench為此次項目進行軟件開發應用。它擁有多個微處理器開發環境，并支持多種內核芯片。

IAR Embedded Workbench 包含全軟件的內核以及外部設備的所有軟件的運行平臺，包括C/C++運行庫、以及各種開發代碼編輯器、調試器、高級語言調試器、硬件仿真建模工具，只需要使用這一種開發平臺便可以模擬出整個通信控制環境諸多微處理單元之間的開發工作[2]。

利用IAR Embedded Workbench開發平臺進行每個硬件和軟件的編譯開發與設備布局，并進行通信模擬測試，測試成功，便對項目場地進行現場施工，最終完成了基于ZigBee技術的無線通信，實現了無線通信網絡系統的架構，并滿足了科技館對智能控制系統的強烈需求，使得科技館投影儀實現了智能自動化運行能力。

4 利用ZigBee技術架構的無線網絡智能控制系統所帶來的現實利益

惠州市科技館擁有高達50多臺的投影儀設備，在對控制系統進行無線智能控制后，每年約節省直接耗材所帶來的費用30萬元以上，并且由于投影儀無需要連續不間斷的工作，減少了投影儀自身的運行時間與運行帶來的磨損，進而提高了其使用壽命與保養維護成本[3]。通過對日常維護的實際工作中，發現每個投影儀燈泡比ZigBee無線網絡傳感器安裝使用前能夠運行增多4000小時的使用壽命，如此可以算出每臺設備每年便可節省3個燈泡的費用，按照每個燈泡的市場價格約為2000元，那么每個燈泡每年便可節省6000元，按照50臺設備，那么一年便是30萬元左右。而且ZigBee無線網絡傳感器的安裝無需對投影儀的結構進行改動，在長時間的使用過程中，發現ZigBee無線網絡傳感器本身的穩定性很高，故障率很低，且傳感器自身的能耗也微乎其微，所帶來的便捷與效益是十分顯而易見的。

5 結語

綜上所述，科技館投影儀控制系統急需得到創新開發與應用，而以ZigBee技術為基礎開發的投影儀自動化控制系統，以具體實踐證實了ZigBee無線傳感器網絡控制系統的應用，可以讓科技館投影儀對人體進行感應，準確識別參觀者的去留狀態，進而對投影儀的開關與切換進行自動化控制，并且此系統還為綠色生態貢獻一分力量，可以有效的節約電能以及將投影儀燈泡的老化速度大大減慢，延長它的使用壽命與節省投影儀維修成本。由此可見，此自動化系統的開發與應用對于科技館的整體效益都是顯著的。

參考文獻

[1]張軍，李輝.投影儀一屏幕系統光場亮度分布的數學模型[J].計算機應用，2013，33（9）：2580-2583.

[2]張軍，王邦平，李曉峰，等.針對多投影儀顯示墻畫面校正的圖像對準技術[J].中國圖象圖形學報A，2011，16（2）：293-299.

[3]Intersil推出LED Pico投影儀系統解決方案[J].電子質量，2012，（5）：55-55.