高层建筑夜景照明自动控制系统的研究

文章主要介绍了中小型城市高层建筑夜景照明所需要的一种利用单片机８０３１和２４个彩灯及一个语音集成芯片所构成的自动控制系统。它可以根据需要实现对彩灯的显示效果的控制，并配以各种形式的音乐。 

关键词：单片机；语音集成芯片；夜景照明 

　　曾记得一位大师说过：“建筑是凝固的音乐，照明是最跳跃的音符。无论光线是慢还是快，是恒定不变还是一闪而过，它穿过城市上空和建筑，在它的沐浴下，一切都照耀生辉”。今天的城市夜晚正是这样的熠熠生辉，泛光照明早已渗透到每幢建筑、每条街道中，形成风格迥异，造型独特的光的海洋、光的世界。因此，室外高层建筑夜景照明设计是个性化的建筑。通过独特的创意，并成功使用新技术来创造“建筑艺术精品”，营造建筑美与艺术美。随着城市经济的迅速发展、生活质量的提高、美化生活环境的需要、提高城市形象与国际接轨，国内不少城市利用各种彩灯来装饰、美化高层建筑已成为一种时尚。  

　　１、概述  

　　单片机技术作为一种技术手段，它的发展是以微处理器（ＭＰＵ）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域为拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。在考虑到制作成本的前提下，根据单片机具有集成度高、体积小、运行可靠、价格低廉等许多独特的优点，可以利用其来实现对各色彩灯的自动控制，它可以随着软件的不同再加上输出设备（彩灯）的排列变化，实现千变万化的效果。  

　　２、该系统的主要特点  

　　彩灯自动控制系统可直接与２００Ｖ交流电源相联接，系统内部设有自动稳压电路，可将２２０Ｖ的交流电转变成单片机控制所需的５Ｖ直流稳压输出，并备有随时复位电路功能。通过软件程序的控制，各色彩灯（本系统以红色、黄色、蓝色三种为例）可按一定的顺序轮流点亮，同时伴随有通过语音集成块所录制的音乐，以达到更好的效果。  

　　这里，我们以２４只彩灯为例（８只红色灯，８只黄色灯，８只蓝色灯），在实际应用系统中，通过串入并出的７４ＬＳ１６４、８１５５、８２５５等一系列具有Ｉ／Ｏ口扩展功能的芯片再加工运用动态扫描技术，可以使输出的控制点达到数千个，完全可以满足各种形式的彩灯的控制。另外，自动控制系统可以根据输入软件程序的不同而呈现出不同的视觉效果。该系统原理简单，主要利用单片机的可编程控制原理，由硬件和软件两部分构成。其硬件包括ＣＰＵ－８０３１单片机、Ｉ／Ｏ接口及其扩展、ＥＰＲＯＭ及其扩展、各色彩灯及一个语音集成芯片等几个方面。软件系统由主程序及不同的延时子程序组成。  

　　３、控制系统硬件设计  

　　在音乐彩灯自动控制系统中，采用ＭＣＳ—５１系列中的８０３１芯片作为中央控制元件，由于其内部没有程序存储器，因此利用８０３１芯片的Ｐ０口作为其扩展外部程序存储器的地址低８位，利用Ｐ２口作为高８位。这里，我们使用２７１６芯片作为ＥＰＲＯＭ扩展芯片。在８０３１芯片与２７１６芯片之间增加了一个７４ＬＳ３７３作为数据锁存器。由８２５５芯片、２４只发光二极管和一个语音集成芯片组成信号输出电路。  

　　８２５５芯片的三个接口Ａ口、Ｂ口和Ｃ口分别与８只红色、黄色和蓝色灯相连，且都处于输出工作模式，由于在接口内部都有上拉电阻，因此，在它们输出高电位时晶体管将导通，使彩灯点亮。与彩灯相连的电阻Ｒ４为限流电阻，它可以防止晶体管和彩灯被烧毁，彩色灯的排列方法可以按照实际需要设计，不同的排列方法可以展现出不同的视觉效果。语音集成块可选择其中的８段，分别连接在８０３１芯片的Ｐ１．０～Ｐ１．７八个接口上。  

　　系统元件的参考值：Ｒ１＝２００Ω，Ｒ２＝１ＫΩ，Ｃ＝２２μＦ，Ｒ３＝３３００Ω，Ｒ４＝１０Ω。  

　　在芯片８０３１的接口ＲＳＴ上，由Ｒ１、Ｒ２、电容Ｃ和按键Ｋ构成复位电路，可以实现系统的上电自动复位或通过按键Ｋ随时复位。   

　　系统电源可以将２２０Ｖ的交流电通过变压器、整流桥以及芯片７８０５组成的电路，将２Ｖ变成＋５Ｖ的直流稳压输出。语音集成块主要采用ＳＲ９Ｇ２６语音芯片设计而成，分语音录入和播放两部分电路。利用其Ｓ０～Ｓ７八段接口，将音乐录入，并使之能够连续地循环播放。  

　　４、控制系统软件设计  

　　Ｉ／Ｏ口扩展芯片８２５５的三个接口都处在输出工作状态，本着降低成本的原则，我们采用不同的软件设计方法来改变其输出方式。在主程序中，改变８２５５的三个接口Ａ、Ｂ、Ｃ的设定值，就可以达到改变彩灯显示顺序的目的；在语音集成芯片的选择端施加低电平就可实现音乐的输出。  

参考文献   

１ 李伟人．《单片微型计算机原理及其应用》 北京：清华大学出版社，１９９５  

２ 吕能元．ＭＣＳ－５１单片微型计算机原理、接口技术、应用实例．北京：科学出版社，１９９３