科技館投影儀控制系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

王琪

摘要：伴隨投影儀技術(shù)的開發(fā)與廣泛應(yīng)用，其體積也隨著尖端科技的發(fā)展日益小巧，性能也愈發(fā)完善。而科技館中的投影儀，其運(yùn)行狀態(tài)都是長時(shí)間持續(xù)的，使得投影儀的老化速度大大加快了，且維護(hù)成本也隨之增多。對(duì)此，需要研發(fā)新型的投影儀控制系統(tǒng)應(yīng)用于科技館中。

關(guān)鍵詞：投影儀；ZigBee技術(shù)；開發(fā)應(yīng)用分析；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0011-01

1 引言

本文以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的無線傳感器的投影儀及其wireless network控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以自動(dòng)感應(yīng)科技館里的展覽位置上的游客的停留狀態(tài)，是在逐漸靠近還是離開，都能進(jìn)行準(zhǔn)確感應(yīng)，接著系統(tǒng)就會(huì)自行將投影儀的開關(guān)根據(jù)游客停留狀態(tài)進(jìn)行控制。利用wireless network控制形式，除了可自如控制投影儀運(yùn)行狀態(tài)，其效率也得到了顯著提高，慢慢的就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人操控模式，透過這樣的自動(dòng)化與智能化的控制系統(tǒng)減少投影儀在運(yùn)行方面的投入成本。

2 科技館投影儀控制系統(tǒng)開發(fā)的前提背景

國內(nèi)很多科技館的投影儀一般都是固定吊裝于館內(nèi)展位的天花板上方，使用遙控器對(duì)開關(guān)與切換功能進(jìn)行控制，如果稍微不慎遺失遙控器或者遙控系統(tǒng)故障，此時(shí)，便會(huì)給科技館的運(yùn)行帶來巨大的不便與尷尬。并且，科技館經(jīng)常在館內(nèi)參觀人員數(shù)量極少的情況下，也會(huì)讓投影儀持續(xù)運(yùn)行，皆因投影儀的控制并未達(dá)到理想中的人性化與自動(dòng)化，并不能隨館內(nèi)參觀人員多少而進(jìn)行自如的控制。長此以往，投影儀機(jī)器必定也隨著運(yùn)用時(shí)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(jìn)而不得已下就需要進(jìn)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(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用就顯得較為迫切，急需研發(fā)一種基于ZigBee 技術(shù)的投影儀自動(dòng)化控制系統(tǒng)，透過此種wireless network控制系統(tǒng)，可以對(duì)參觀人員的去留狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確自動(dòng)感應(yīng)，進(jìn)而自動(dòng)將投影儀的開關(guān)或切換進(jìn)行控制，在此設(shè)計(jì)研發(fā)方案下的科技館投影儀，遠(yuǎn)程控制與無人值守的工作狀態(tài)再也不是夢(mèng)?？萍拣^是一個(gè)向廣大人民群眾展覽各種科學(xué)展品的地方，擁有很多先進(jìn)的科學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)、萬維網(wǎng)，并擁有自己的數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，諸多網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)有助于投影儀的無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 科技館投影儀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)分析

3.1 根據(jù)ZigBee的局域網(wǎng)協(xié)議，創(chuàng)建出短距離、低功耗無線通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

目前基于各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的無線通信設(shè)備琳瑯滿目，從最開始的紅外線傳輸，到后來的藍(lán)牙傳輸，WI-FI傳輸，多種多樣，其中藍(lán)牙傳輸技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了5.0LE版本。藍(lán)牙5.0LE版本可以與ZigBee通信技術(shù)相媲美，但是藍(lán)牙5.0LE技術(shù)剛剛提出，其匹配的設(shè)備與成熟度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與ZigBee通信技術(shù)相比。根據(jù)諸多網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的硬件平臺(tái)進(jìn)行選擇，選取最經(jīng)濟(jì)與實(shí)用性最強(qiáng)的、兼容性也最好的平臺(tái)進(jìn)行研究與開發(fā)，節(jié)省大量資金與時(shí)間。組成無線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)備模塊有：無線通信、處理器、傳感器模塊。傳感器是負(fù)責(zé)對(duì)象之間信息的傳輸收集與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。處理器控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的操作，儲(chǔ)存和對(duì)收集的信息進(jìn)行分析。無線通信主要復(fù)雜各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，交互、控制信息。此三個(gè)模塊是能源消耗的主要途徑，處理器與傳感器在接收到數(shù)據(jù)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生能耗否則便進(jìn)入休眠狀態(tài)，無線通信模塊主要是由發(fā)射器發(fā)出數(shù)據(jù)、接收器接收數(shù)據(jù)、控制器控制接收或者發(fā)出，不工作時(shí)默認(rèn)是接收狀態(tài)。模塊在進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)能耗只有傳感器的接收在工作。

ZigBee技術(shù)按照節(jié)點(diǎn)可以劃分為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器、終端。此次項(xiàng)目的試驗(yàn)期，需要確定項(xiàng)目場地的實(shí)際要求，確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)所應(yīng)該處在的位置，運(yùn)用ZigBee的各個(gè)節(jié)點(diǎn)作用，畫出詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)分布圖。

3.2 創(chuàng)建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器平臺(tái)

創(chuàng)建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，要提前進(jìn)行預(yù)備的硬件與軟件，其中硬件需要一臺(tái)擁有USB接口并處理器在奔騰II以上的計(jì)算機(jī)，一套完善的ZigBee開發(fā)系統(tǒng)，還有一部分用來測(cè)試的電子工具。比如多用表、電子測(cè)量儀等。軟件部分我們選擇的是瑞典IAR Systems公司的一個(gè)集成開發(fā)平臺(tái)軟件IAR Embedded Workbench為此次項(xiàng)目進(jìn)行軟件開發(fā)應(yīng)用。它擁有多個(gè)微處理器開發(fā)環(huán)境，并支持多種內(nèi)核芯片。

IAR Embedded Workbench 包含全軟件的內(nèi)核以及外部設(shè)備的所有軟件的運(yùn)行平臺(tái)，包括C/C++運(yùn)行庫、以及各種開發(fā)代碼編輯器、調(diào)試器、高級(jí)語言調(diào)試器、硬件仿真建模工具，只需要使用這一種開發(fā)平臺(tái)便可以模擬出整個(gè)通信控制環(huán)境諸多微處理單元之間的開發(fā)工作[2]。

利用IAR Embedded Workbench開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行每個(gè)硬件和軟件的編譯開發(fā)與設(shè)備布局，并進(jìn)行通信模擬測(cè)試，測(cè)試成功，便對(duì)項(xiàng)目場地進(jìn)行現(xiàn)場施工，最終完成了基于ZigBee技術(shù)的無線通信，實(shí)現(xiàn)了無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)，并滿足了科技館對(duì)智能控制系統(tǒng)的強(qiáng)烈需求，使得科技館投影儀實(shí)現(xiàn)了智能自動(dòng)化運(yùn)行能力。

4 利用ZigBee技術(shù)架構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)所帶來的現(xiàn)實(shí)利益

惠州市科技館擁有高達(dá)50多臺(tái)的投影儀設(shè)備，在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行無線智能控制后，每年約節(jié)省直接耗材所帶來的費(fèi)用30萬元以上，并且由于投影儀無需要連續(xù)不間斷的工作，減少了投影儀自身的運(yùn)行時(shí)間與運(yùn)行帶來的磨損，進(jìn)而提高了其使用壽命與保養(yǎng)維護(hù)成本[3]。通過對(duì)日常維護(hù)的實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)每個(gè)投影儀燈泡比ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳感器安裝使用前能夠運(yùn)行增多4000小時(shí)的使用壽命，如此可以算出每臺(tái)設(shè)備每年便可節(jié)省3個(gè)燈泡的費(fèi)用，按照每個(gè)燈泡的市場價(jià)格約為2000元，那么每個(gè)燈泡每年便可節(jié)省6000元，按照50臺(tái)設(shè)備，那么一年便是30萬元左右。而且ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的安裝無需對(duì)投影儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，在長時(shí)間的使用過程中，發(fā)現(xiàn)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳感器本身的穩(wěn)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(jié)語

綜上所述，科技館投影儀控制系統(tǒng)急需得到創(chuàng)新開發(fā)與應(yīng)用，而以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的投影儀自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以具體實(shí)踐證實(shí)了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以讓科技館投影儀對(duì)人體進(jìn)行感應(yīng)，準(zhǔn)確識(shí)別參觀者的去留狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)投影儀的開關(guān)與切換進(jìn)行自動(dòng)化控制，并且此系統(tǒng)還為綠色生態(tài)貢獻(xiàn)一分力量，可以有效的節(jié)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(jié)省投影儀維修成本。由此可見，此自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用對(duì)于科技館的整體效益都是顯著的。

參考文獻(xiàn)

[1]張軍，李輝.投影儀一屏幕系統(tǒng)光場亮度分布的數(shù)學(xué)模型[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33（9）：2580-2583.

[2]張軍，王邦平，李曉峰，等.針對(duì)多投影儀顯示墻畫面校正的圖像對(duì)準(zhǔn)技術(shù)[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào)A，2011，16（2）：293-299.

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