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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 多功能照明灯的设计与制作 学 院 物理科学与技术学院 专 业 信息显示与光电技术 班 级 显示1202 学 生 初英洁 学 号 20121701015 指导教师 李淑娟 二一五 年 五 月 二十二 日摘 要树莓派由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发，是世界上最小的台式机，又称卡片式电脑，外形只有信用卡大小，却具有电脑的所有基本功能，这就是Raspberry Pi电脑板，中文译名树莓派。本次设计选用树莓派作为核心处理器结合了声学，光学，电学等多门学科，共分为主控模块，照明灯模块，声控模块，光控模块，烟雾报警模块等多个模块。整个系统模块均是

2、在以树莓派为核心处理器的基础上协调控制照明系统。声光控模块主要研究是当环境亮度较低的情况下，通过麦克风获取语音“开灯”可触发照明延时。报警模块主要通过烟雾报警器监测到一定浓度烟雾时，LED闪烁报警。关键词：树莓派；声控模块；光控模块；烟雾报警模块ABSTRACTRaspberry Pi , developed by “Raspberry Pi fund” , a charity registered in Britain , is the smallest desktop ,and also called card-type computer . Its the size of shape t

3、hat is equal to that of credit card . However, it possesses all of fundamental functions of computers .This is so-called computer version of Chinese name “Raspberry Pi”. The design, “Raspberry Pi ”,as a core processor involves acoustic , optical and electricity discipline ,Which is divided into domi

4、nation-controlling ,light-controlling , and smoke-controlling modules .The entire system coordinate and control lighting system on the basis of the core processor Raspberry Pi, voice and light. Controlling system mainly studies when the environment becomes dim ,it can prolong lighting time by gettin

5、g voice by microphone .When smoke alarm system monitors that smoke increases to same extant .it will alarm by the mean of shining of LED. Key words：Raspberry pie; voice module; light control module; smoke alarm module 目 录 摘 要IABSTRACTII1 前言11.2 研究的现状12 系统的总体方案设计32.1 系统设计的基本要求32.2 系统的总体方案设计32.3 系统各模块

6、方案的选择与优化32.3.1 主控模块32.3.2 照明灯模块42.3.3 声光控模块52.3.4 烟雾报警模块63 系统的实现与测试83.1 主机各模块的组装和调试83.1.1 主控模块的组装和调试83.1.3 语音模块的组装和调试103.1.4 光控模块的组装和调试113.1.5 烟雾报警模块的组装和调试123.3 整体系统的实现与调试133.4 系统调试中出现的问题14结 论15参 考 文 献16致 谢17- II -1 前言 1.1 研究背景随着科学技术的进步，人们生活水平的提高，人们对居家的概念已从最初满足简单的居住功能发展到注重对住宅的人性化需求。安全、舒适、快捷、方便的智能小区，

7、已成为住宅发展的主流趋势，其中，环保节能和安全性均是首要目标。智能小区环保节能和安全性的实现，除了人为的因素外，主要依靠小区的智能化环保系统和小区的智能化安全防范系统1。本次设计是一项多功能照明系统，首先他是具备照明功能，其次是它所具备的多功能。照明系统生活中不可缺少，实用照明，花式照明随处可见，多功能照明更是时代的主流，本次设计的照明系统是以安全智能为核心的多功能照明系统。1.2 研究的现状 目前，多功能照明系统相对比较完善，国内外楼道声控灯技术比较成熟，但是人无完人，即便比较成熟的系统还是有很大的上升空间，楼道有时候也是居民区危险高发地段，基于这种现状，我们的产品主要集中在安全性能的开发上

8、，设计了具有语音报警，可燃性气体报警的多功能照明系统。该系统以系统的照明为基础，并结合语音模块，光控模块，烟雾报警模块 。同时兼具语音识别功能，能够自动识别“救命”等呼救信号，并通过LED照明灯的闪烁给予信息反馈；当光线相对较弱时，也能够识别“开灯”等语音信息，LED照明灯会自动点亮。同时该系统具备了烟雾报警装置，通过烟雾传感器检测到的空气中有可燃性气体时2，LED照明灯会闪烁报警，并能提供地理定位将信息传输，以便使事故现场得到及时迅速的处理，以免遭受更大损失，保障大家的财产和生命安全。该产品更适用于空旷且不需要很多人来提供服务的重要场所，减少人力支出，提高生活质量保障。该系统的发展不仅节能环

9、保，还可以维护人们生命财产安全，优化人们的生活，大到社会安全，小到方便生活，渗透在生活中的各个领域。1.3 设计主要研究内容 本次毕业设计主要研究的内容是多功能照明系统。该多功能照明系统在以树莓派为核心处理器的基础上，实现灯光照明和灯光报警的多功能照明。该系统具体是以语音模块，光控模块，烟雾报警模块多个模块协调控制照明灯模块的照明系统3，具备语音识别功能，在一定区域内有60分贝以上的声音信号即可被获取，当有“救命”的声音时，LED照明灯会闪烁报警；当光线相对较弱时，有“开灯”的声音时，LED照明灯会自动点亮。同时该系统具备了烟雾报警装置，通过烟雾传感器检测到的空气中有可燃性气体时，LED照明灯

10、会闪烁报警4。2 系统的总体方案设计2.1 系统设计的基本要求 （1）照明灯可以基于放大电路的基础上正常工作；（2）语音识别功能，可以识别“开灯”、“救命”或者其他语音提示功能；（3）在光线较暗的情况下，可以通过“开灯”点亮照明灯；（4）无论环境亮暗，均可通过“救命”，或者烟雾信号控制照明灯。2.2 系统的总体方案设计 以树莓派3B作为系统的核心处理器，通过光电开关控制环境亮暗情况下电路的高低电平，通过麦克风获取语音信号到主机，百度语音识别，程序判断截取关键字，控制电路到高低电平，通过烟雾传感器获取空气中的气体情况，控制电路高低电平，实现多功能照明系统。2.3 系统各模块方案的选择与优化 2.

11、3.1 主控模块 主控模块的核心器件是树莓派。树莓派是基于ARM的微型电脑主板，以SD/Micro SD卡为内存硬盘，卡片主板周围有USB接口1、2、4不等和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），树莓派主板大小堪比信用卡大小，具备所有PC的基本功能。 Raspberry Pi B款只提供电脑板，无内存、电源、键盘、机箱或连线。树莓派基金会提供了基于ARM的Debian和Arch Linux的发行版供大众下载。树莓派支持Python作为主要编程语言，支持Java、BBC BASIC (通过 RISC OS 映像或者Linux的Brandy Basic克隆)、C 和Perl等编程语言。表2

12、.1 树莓派参数型号A型A+型B型B+型2代B型3代B型USB 2.0接口 112444板载存储SD/MMC/SDIO卡插槽MicroSD卡插槽SD / MMC / SDIO卡插槽MicroSD卡插槽MicroSD卡插槽MicroSD卡插槽网络接口无无10/100以太网接口10/100以太网接口10/100以太网接口 10/100以太网接口 802.11n Wireless LAN Bluetooth 4.1 Bluetooth Low Energy (BLE)外设8个GPIO, 外加下列外设(亦可当作GPIO使用)：UART、IC、带两个选择的SPI总线，+3.3 V、+5 V、地线17个G

13、PIO及HAT规格铺设除A型所拥有之外设之外，亦有4个GPIO可供用户使用(需自行焊接电路)17个GPIO及HAT规格铺设17个GPIO及HAT规格铺设17个GPIO及HAT规格铺设17个GPIO及HAT规格铺设综上所述，主控模块选择树莓派3B主要是因为树莓派系统具有兼容性，也就是系统功能都是前一代树莓派功能基础上的累积，树莓派3B具有树莓派最全面的功能。64-bit 1.2 GHz ARM Cortex A53处理器，内置WIFI，兼容2.4GHz 802.11 b/g/n；视频和 3D 性能进步明显；支持蓝牙4.1规范。4个USB 2.0端口，10/100以太网，HDMI端口，CSI和DS

14、I摄像机和显示连接器。Micro SD插槽以及GPIO插槽。所以此处选择的树莓派是三代的树莓派B5。2.3.2 照明灯模块 图2.1继电器由于此次项目中树莓派的工作电压在3.3伏，而控制灯泡的工作电压为220伏，所以树莓派的一个输出端口直接控制的不能是灯泡，涉及到弱电控制强电的问题，所以树莓派直接控制的其实是电磁继电器的控制系统，通过继电器的被控系统间接控制灯泡的亮灭。由上图可以清楚看到电磁继电器的基本结构：其中被控系统是继电器的三个触点上图右侧连接灯泡，在不通电的情况下常开触点，常闭触点，公共端，前二者不会在同一回路中使用。控制系统是指继电器的线圈和衔铁上图左侧连接控制电源，当线圈通电时，根据法拉第电磁定律，线圈产生磁场，其大小由通电电流和线圈匝数决定，并将衔铁吸和，此时继电器的两个触点状态反转，常闭触点断开失电，起断路作用，常开触点得电接通回路。在此次项目中电磁继电器在电路中起着类似于开关的作用，只是用来间接控制一个灯泡亮灭，所以继电器的两个触点中只用到了常开触点。此次项目被控灯泡的工作电压高，超过人体可接触的安全电压，使用继电器至少会带来以下几个方面的好处：（1） 通过电磁继电器可以实现利用低电压、弱电流电路间接