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摘要：介绍MEMS传感技术的特点，分析国内动态装饰领域的市场前景和一种基于MEMS传感器的动态装饰花设计方案。
关键词：传感器；MEMS；动态装饰
中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2011)0220064－01
0、引言
MEMS是微机电系统Micro-Electro-Mechanical System的缩写。它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造、具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执行器和微系统等。作为纳米科技的一个分支，MEMS被称为电子产品設计中的“明星”。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
动态装饰是传感MEMS开辟的一个全新的领域。随着人们对美和艺术的不断追求，单一的静态装饰已满足不了人们的需求，动态装饰产业应运而生。动态装饰讲求的是一个动态的概念，是运动着的美的展示。MEMS加速传感器，声音传感器，红外传感器可以有效的采集外界加速，声音，红外等信号输送到装饰产品的微处理器，以达到动态效果。
1、传感MEMS
MEMS技术自八十年代末开始受到世界各国的广泛重视，主要技术途径有三种：一是以美国为代表的以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术：二是以德国为代表发展起来的利用x射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA技术：三是以日本为代表发展的精密加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工。
在MEMS技术研究领域中，传感MEMS是指采用微电子和微机械加工技术制造出来的、特征尺寸至微米／纳米级、具有将感受量转换为电信号的器件和系统，包括：速度、加速度、压力、温度、湿度、气体、磁、光、声、生物、化学等传感MEMS，它是人类探知自然界的触角，是各种现代化装置中的神经元。现代信息技术是20世纪人类社会发展的重要资源和动力，作为信息采集技术的传感器技术、作为信息传输技术的通讯技术、作为信息处理技术的微处理器技术已成为现代信息技术的三大支柱。作为现代高新技术的传感器MEMS技术是现代传感器技术的重要发展方向。80年代后期MEMS技术的飞速发展，极大的推动了微传感器技术和微执行器技术的发展。采用MEMS技术制作的微传感器由于体积小、重量轻、成本低、功耗低、高可靠、易于批量化生产、易于集成化和多功能化，是各种自动化装置发展的现代武器装备必不可少的关键技术，其应用领域十分广泛。
2、动态装饰市场前景
动态装饰目前在国内市场还处于萌芽阶段。主要是由于动态装饰集成了微电子，控制，机械，材料等于一体，使得它的研发成本较高。技术问题也使一般的装饰公司望而却步。目前市场上流通的动态装饰品仅限于一些简单，成本低的小商品。成本大的，技术含量高的大型动态装饰还不多见。客户如有需求，则需向专业的电子生产商定制，价格可想而知。近十年，随着奥运会，世博会，亚运会等大型活动的举行，对大型动态装饰产品的需求显著提高。另外，商场，高档酒店，电影院，游乐场等场所对大型动态装饰产品也有需求。大型动态装饰还可以营造出令人惊叹的特效，变静态美为动态美，使人耳目一新。所以，动态装饰在中国的市场潜在价值巨大，市场前景光明。
3、动态装饰花设计方案
3.1系统设计。该方案采用MEMS加速传感器、声音传感器、红外传感器，通过感测动态装饰花叶子的震动，周围的声音及人体的红外来实现花朵按照指定功能自动闭合或开放。该系统由动态花机械结构部分、步进电机拖动部分和控制电路部分组成。机械部分由：活动花瓣、串环、花茎、花托、拉线、花瓶以及支架等组成，步进电机拖动部分是由步进电机、电机架、电机底座等组成，控制电路部分是由微控制芯片STC89C52单片机与加速传感器，声音传感器和红外传感器通信实现，单片机接收到其它传感器的信息后进行汇总处理后，向步进电机发出动作指令，以实现动态装饰花的自动开合。本设计方案之所以采用步进电机控制，是由于正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比：连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。
3.2机械设计。动态装饰花包括花朵，开合结构，花枝，支撑架，减速电机，和控制电路组成。花朵紧挨在开合结构上，开合结构固定在花枝上，减速电动机和花枝固定在支撑架上，减速电动机卷拉或松开开合结构中的细线实现活动花瓣的开合，活动花瓣对花朵合上抱紧或是放松打开实现整朵花的开合，控制电路检测信息和控制减速电机做出相应的正反转或停止延时动作。
所述的花朵为普通仿真工艺花，其花瓣成层次分布，例如莲花。
所述开合结构由花托，固定在花托上的圆形串环，串在串环上的5个活动花瓣，用来拉动各个活动花瓣柄部从而使活动花瓣闭合的细线，使活动花瓣复位打开的弹簧组成。
3.3电路设计。电路部分是动态装饰花的控制核心。电路部分成几个模块，微处理器模块，加速传感器模块，红外模块，声音信号采集模块，步进电机模块。
1)电路部分主要由处理单元STC89C52单片机，信号采集单元加速传感器模块、红外模块、声音采集模块以及动作单元步进电机和语音模块构成。
2)几个模块相互独立，采集外界信号，并将信号转化为数字信号传递给单片机，单片机接收到数字信号后进行汇总处理，并根据处理结果向步进电机和语音模块发出动作指令。
3)花朵紧挨在开合结构上，开合结构固定在花枝上，减速电动机和花枝固定在支撑架上，减速电动机卷拉或松开开合结构中的细线实现活动花瓣的开合，活动花瓣对花朵合上抱紧或是放松打开实现整朵花的开合，控制电路检测外界信息和控制减速电机的做出相应的正反转。
4)控制电路通过红外传感器、声音传感器、加速度传感器等传感器检测人体红外，声音大小，叶子的颤动等信息，然后把信息传送给控制器，控制器对减速电动机发出正转或是反转的命令从而卷拉或松开细线。
4、结束语
动态装饰是基于MEMS传感器的新领域。国内市场动态装饰产品的空白和客户对动态装饰的巨大需求使得动态装饰成为市场潜在价值巨大的新型行业。本文介绍的动态装饰花的核心为感应外界的MEMS加速传感器，红外传感器等以及控制花开花合的单片机。除了花之外，还有许多具有观赏价值的装饰品与MEMS传感器相结合，化静为动，营造出令人震撼的特效。
关键词：传感器；MEMS；动态装饰
中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2011)0220064－01
0、引言
MEMS是微机电系统Micro-Electro-Mechanical System的缩写。它是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造、具有特定功能的微型装置，包括微结构器件、微传感器、微执行器和微系统等。作为纳米科技的一个分支，MEMS被称为电子产品設计中的“明星”。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
动态装饰是传感MEMS开辟的一个全新的领域。随着人们对美和艺术的不断追求，单一的静态装饰已满足不了人们的需求，动态装饰产业应运而生。动态装饰讲求的是一个动态的概念，是运动着的美的展示。MEMS加速传感器，声音传感器，红外传感器可以有效的采集外界加速，声音，红外等信号输送到装饰产品的微处理器，以达到动态效果。
1、传感MEMS
MEMS技术自八十年代末开始受到世界各国的广泛重视，主要技术途径有三种：一是以美国为代表的以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术：二是以德国为代表发展起来的利用x射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA技术：三是以日本为代表发展的精密加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工。
在MEMS技术研究领域中，传感MEMS是指采用微电子和微机械加工技术制造出来的、特征尺寸至微米／纳米级、具有将感受量转换为电信号的器件和系统，包括：速度、加速度、压力、温度、湿度、气体、磁、光、声、生物、化学等传感MEMS，它是人类探知自然界的触角，是各种现代化装置中的神经元。现代信息技术是20世纪人类社会发展的重要资源和动力，作为信息采集技术的传感器技术、作为信息传输技术的通讯技术、作为信息处理技术的微处理器技术已成为现代信息技术的三大支柱。作为现代高新技术的传感器MEMS技术是现代传感器技术的重要发展方向。80年代后期MEMS技术的飞速发展，极大的推动了微传感器技术和微执行器技术的发展。采用MEMS技术制作的微传感器由于体积小、重量轻、成本低、功耗低、高可靠、易于批量化生产、易于集成化和多功能化，是各种自动化装置发展的现代武器装备必不可少的关键技术，其应用领域十分广泛。
2、动态装饰市场前景
动态装饰目前在国内市场还处于萌芽阶段。主要是由于动态装饰集成了微电子，控制，机械，材料等于一体，使得它的研发成本较高。技术问题也使一般的装饰公司望而却步。目前市场上流通的动态装饰品仅限于一些简单，成本低的小商品。成本大的，技术含量高的大型动态装饰还不多见。客户如有需求，则需向专业的电子生产商定制，价格可想而知。近十年，随着奥运会，世博会，亚运会等大型活动的举行，对大型动态装饰产品的需求显著提高。另外，商场，高档酒店，电影院，游乐场等场所对大型动态装饰产品也有需求。大型动态装饰还可以营造出令人惊叹的特效，变静态美为动态美，使人耳目一新。所以，动态装饰在中国的市场潜在价值巨大，市场前景光明。
3、动态装饰花设计方案
3.1系统设计。该方案采用MEMS加速传感器、声音传感器、红外传感器，通过感测动态装饰花叶子的震动，周围的声音及人体的红外来实现花朵按照指定功能自动闭合或开放。该系统由动态花机械结构部分、步进电机拖动部分和控制电路部分组成。机械部分由：活动花瓣、串环、花茎、花托、拉线、花瓶以及支架等组成，步进电机拖动部分是由步进电机、电机架、电机底座等组成，控制电路部分是由微控制芯片STC89C52单片机与加速传感器，声音传感器和红外传感器通信实现，单片机接收到其它传感器的信息后进行汇总处理后，向步进电机发出动作指令，以实现动态装饰花的自动开合。本设计方案之所以采用步进电机控制，是由于正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比：连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。
3.2机械设计。动态装饰花包括花朵，开合结构，花枝，支撑架，减速电机，和控制电路组成。花朵紧挨在开合结构上，开合结构固定在花枝上，减速电动机和花枝固定在支撑架上，减速电动机卷拉或松开开合结构中的细线实现活动花瓣的开合，活动花瓣对花朵合上抱紧或是放松打开实现整朵花的开合，控制电路检测信息和控制减速电机做出相应的正反转或停止延时动作。
所述的花朵为普通仿真工艺花，其花瓣成层次分布，例如莲花。
所述开合结构由花托，固定在花托上的圆形串环，串在串环上的5个活动花瓣，用来拉动各个活动花瓣柄部从而使活动花瓣闭合的细线，使活动花瓣复位打开的弹簧组成。
3.3电路设计。电路部分是动态装饰花的控制核心。电路部分成几个模块，微处理器模块，加速传感器模块，红外模块，声音信号采集模块，步进电机模块。
1)电路部分主要由处理单元STC89C52单片机，信号采集单元加速传感器模块、红外模块、声音采集模块以及动作单元步进电机和语音模块构成。
2)几个模块相互独立，采集外界信号，并将信号转化为数字信号传递给单片机，单片机接收到数字信号后进行汇总处理，并根据处理结果向步进电机和语音模块发出动作指令。
3)花朵紧挨在开合结构上，开合结构固定在花枝上，减速电动机和花枝固定在支撑架上，减速电动机卷拉或松开开合结构中的细线实现活动花瓣的开合，活动花瓣对花朵合上抱紧或是放松打开实现整朵花的开合，控制电路检测外界信息和控制减速电机的做出相应的正反转。
4)控制电路通过红外传感器、声音传感器、加速度传感器等传感器检测人体红外，声音大小，叶子的颤动等信息，然后把信息传送给控制器，控制器对减速电动机发出正转或是反转的命令从而卷拉或松开细线。
4、结束语
动态装饰是基于MEMS传感器的新领域。国内市场动态装饰产品的空白和客户对动态装饰的巨大需求使得动态装饰成为市场潜在价值巨大的新型行业。本文介绍的动态装饰花的核心为感应外界的MEMS加速传感器，红外传感器等以及控制花开花合的单片机。除了花之外，还有许多具有观赏价值的装饰品与MEMS传感器相结合，化静为动，营造出令人震撼的特效。