基于Zigbee技术多功能台灯音箱的设计

江苏省徐州技师学院 刘科建

基于Zigbee技术多功能台灯音箱的设计

江苏省徐州技师学院 刘科建

【摘要】现有的台灯和音箱占据很大空间，所以本文设计了一种新型的多功能音箱。这种新型多功能台灯音箱可以大大节省桌面空间；可以随身携带，简单、方便；自身带蓄电池可以连续播放音乐4小时，照明4.5小时；同时融入Zigee技术可以实现无线远程控制。

【关键词】台灯；音箱；Zigbee技术；智能开关

0 引言

我们年轻，我们拥有观察生活细节的眼睛，我们发现桌子上的台灯和音箱占据很大空间，所以我们设计了这样一个音箱，它是将台灯和音箱结合，这样可以简光化桌面，将桌面做的整洁干净。台灯将拥有光控感应装置和声控装置，音箱和台灯可单独或共同工作互不影响且自带电源和USB充电功能。同时融入Zigbee技术可以对多功能台灯音箱的运行，如开启、关闭、定时等工作状态进行调节。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议的，也是一种短距离、低功耗的无线通信技术。紫蜂协议来源于蜜蜂“舞蹈”的启发，由于蜜蜂主要是靠飞翔和发出”嗡嗡”（英文称zig），抖动翅膀来传递花粉、花蜜所在方位等信息给同伴的，也就是说他们使用这种方式来构成一种特殊的群体中的通信网络。这种通信网络的特点是距离近、复杂度低、自组织、低功耗、低数据速率等等。

1 多功能台灯音箱总体设计及实现

1.1 多功能台灯音箱灯光原理

在图1所示多功能台灯音箱灯光的电路原理图中，CD4011为四个2输入与非门电路，其功能为有0出1，全1出0。交流电源12V经桥式全波整流和VD2、电容C2滤波获得直流电压1.2×12≈14.4V，经限流电阻R1，使VS稳压管有UZ=+6.2V稳定电压供给电路（灯亮时UZ有所降低），而灯泡L串于整流电路中。白天时，光敏电阻RG阻值较小，与非门U1A的②脚（TP4）输入为低电平0态，U1A门被封锁，即不管U1A的①脚（TP3）为何种状态，U1A总是出1，U1B出0，U1C输入端（TP5）为0，U1C出（TP6）1，U1D出0， TP7为低电平，单向晶闸管VT2不导通。在晚上天暗时，RG阻值增大，TP4为高电平1态，U1A门打开，TP3信号可传送。若无脚步声或掌声，驻极体话筒MC无动态信号。偏置电阻（RP2、R4和R3）使VT1的NPN三极管导通，TP3为低电平0态，则U1A出1，其余状态与上述相同，晶闸管VT2控制极G无触发信号，故不导通，灯泡L不亮。

晚上当有脚步声或掌声时，驻极体话筒MC有动态波动信号输入到放大电路VT1的基极，由于电容C1的隔直通交作用，加在基极信号相对零电平有正、负波动信号，使集电极输出端TP3有高电平动态信号为1态，因此使U1A全1出0为负脉冲，而U1B出1为正脉冲，二极管VD1导通对C3充电达5V，TP5也为1，U1C出0，U1D出1为高电平，经R7限流，在单向晶闸管VT2控制极G有触发信号使VT2导通，桥式全波整流电路中串联的灯泡L经晶闸管VT2导通，灯泡L点亮。由于晶闸管导通后的UAK正向压降会降至约1.8V由此VD2用来防止UZ电压下降，避免影响控制电路电源。在脚步声消失后，电容C3上的电压经过R6放电过程，TP5电压仍为1态，故灯泡L仍亮，直到TP5电压小于与非门阀值电压UTH=2 VCC时刻，U1C出1，U1D出0，当UAK过零电压时，晶闸管VT2截止，整个过程持续约为30～60秒钟后，灯泡L熄灭。

1.2 多功能台灯音箱音箱原理

通过音频线将MP3、MP4等设备的左、右两路音频信号输入到立体声盘式电位器的输入端，2路音频信号再分别经过经过R2、C1、R3、C4耦合到功率放大集成电路CS4863的输入端6、11脚，U1为低电压AB类2.2W立体声音频供方IC，U1对音频功率放大后由12，14脚输出左声道音频信号，35脚为右声道音频信号，然后推动两路扬声器工作，R1和R4为反馈电阻。8，9脚为中点电压（2.5V），C2为中点电压滤波电容。C3为电源滤波电容。

1.3 Zigbee开关系统设计

本多功能音箱的Zigbee智能开关系统是主要利用Zigbee无线自组网技术，实现了对台灯、音箱的开关量等的无线控制，并且按其功能可以分为单个控制和局域控制。

图1 台灯灯光原理图

开关系统的硬件是由台灯驱动模块、音箱驱动模块、电源驱动模块和Zigbee无线传输模块等组成。是基于zigbee技术的优异性能，做一个远程无线智能控制开关，这样可以简捷的控制我们的多功能台灯音箱。这个无线智能控制开关无线通讯模块的核心在于CC2530芯片的灵活使用，我们采用了两块CC2530芯片来搭建整个智能系统，通过使用两块芯片分别作为发送信号端和接受输出信号端，构建一个智能开关控制系统，最终成功地实现了远程无线控制的功能。开关系统的软件系统部分主要在两个CC2530芯片中集成了程序，通过多次进行的程序优化，成功而又高效地实现了无线传输。无线智能控制开关系统的主程序流程图如图2所示。

图2 Zigbee开关系统主程序流程图

图3 多功能台灯音响效果图

2 多功能台灯音箱（见图3）操作方法及功能

（1）台灯光控装置感应到周边环境时会自动启动声控模式，此时感应到声音后就能自动亮起，120秒后灯光自动关闭；

（2）如不需要声控功能长按此按键3秒以上即可关闭，如需再启动声控功能只需快速按两下，声控模式恢复。

（3）当感应周边环境光线明亮时台灯声控模式自动关闭。

（4）同时兼备普通台灯使用功能，按一下开关按键即可启动台灯，再次按一下关闭灯光。

（5）如需要播放音乐，则需要打开音频开关后连接音频设备。

（6）USB接口充电，3.5mm双向音源线。

（7）通过遥控器实现无线控制。

3 结束语

以上设计了一种新型的多功能台灯音箱，并对音箱方案进行了简要说明。同时融入Zigbee技术对台灯音箱控制系统进行了重新设计，经过设计可以进行无线操控。所设计的台灯音箱可以大大节省桌面空间；可以随身携带，简单、方便；自身带蓄电池可以连续播放音乐4小时，照明4.5小时；可以实现无线远程控制。以后将不断完善该音箱，使之可以更好的服务于电脑和手机的运用。

参考文献

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作者简介：

刘科建（1983—），男，研究生，讲师，研究方向：电工电子、自动化等。