基于IAP單片機的課室風扇燈光管理系統

葉成彬，郭志雄，劉曉璇（華南理工大學廣州學院　電氣工程學院，廣東　廣州　510800）

基于IAP單片機的課室風扇燈光管理系統

葉成彬，郭志雄，劉曉璇
（華南理工大學廣州學院電氣工程學院，廣東廣州510800）

以IAP15F2K61S2單片機作為核心控制器，集成溫度采集、交流電風扇無極調速、燈光有效控制、上位機無線控制等功能，構成課室風扇燈光管理系統，該系統具有控制簡便、操作靈活等優點，改善了傳統課室容易出現的“燈常明、扇常轉”現象，還大大減少了課室管理員的工作量。

IAP單片機；溫度傳感器；無級調速；上位機；無線控制

0　引言

目前部分高校提出智慧校園的口號，節能減排也是其中一重要議程，高校課室中風扇、燈光的管理也受到了較大的關注。當課室中無人時燈光以及風扇仍然在運作，不僅浪費國家電力資源，還給學校財政加大了負擔。針對以上情況，本文介紹一種利用IAP15F2K61S2單片機、各種功能模塊以及上位機軟件整合成的課室風扇燈光管理系統，該系統具有操作簡單、穩定性強、兼容性強等特點［1］。

1　課室風扇燈光管理系統硬件設計

1.1課室風扇燈光管理系統工作原理

系統硬件組成框圖如圖1所示。本管理系統由IAP15F2K61S2單片機分析DS18B20數字溫度計采集回來的溫度值，從而產生不同占空比的PWM脈沖調制信號，再通過由MOC3061光電雙向可控硅以及BT136雙向可控硅等組成的交流電機無級調速電路對電風扇進行調速，使得電風扇隨溫度的變化而自動換擋，實現“溫度高，轉速快；溫度低，轉速慢”的功能［2］。利用繼電器可以使單片機以弱電的高低邏輯電平來控制220V交流強電的接通與斷開，從而控制課室燈光的開啟與關閉。不僅使用了LCD12864液晶顯示屏顯示課室當前溫度值，還利用無線模塊CC1101把溫度值實時無線傳輸到課室風扇燈光管理系統上位機軟件。利用光電傳感器計算進入以及出去課室的人數從而判斷當前課室內是否還有人。課室風扇燈光管理系統上位機軟件可以實時顯示課室各點溫度以及電風扇工作狀態，還可以無線切換電風扇智能與人工控制、無線控制課室燈光開啟與關閉功能。

圖1　硬件系統組成框圖

1.2硬件設計

1.2.1溫度傳感器

本系統采用DS18B20數字溫度傳感器測量課室環境溫度，并將實時采集回來的溫度數據傳輸給單片機處理，計算之后的溫度值與實際值誤差為±0.5℃。

1.2.2光照強度檢測模塊

本系統使用BH1750FVI光照強度模塊對課室光照強度進行采集，并將數據傳輸給單片機處理、分析，按照在不同光線強度環境之下實際測試回來的不同數值來劃分光線強度。該模塊具有接近視覺靈敏光譜靈敏度特性，最小誤差變動在±20％，受紅外線影響很小等特點。

1.2.3光電傳感器電路

E18-8MNK光電傳感器模塊是一種對射光電傳感器，當發射紅外端與接收紅外端之間沒有障礙物時，接收端輸出低電平，反之輸出高電平。單片機通過檢測該模塊輸出端傳輸過來的電平值，即可分辨是否有人通過。

1.2.4無線通信模塊

考慮到無需對無線模塊進行二次開發，故采用高性能單片機加低功耗射頻芯片CC1101無線通信模塊。模塊與單片機接線比較簡單，只需把模塊串口與單片機串口進行對接即可，用戶只需對單片機串口進行初始化、發送以及接收數據等操作即可實現無線通信功能。

1.2.5交流電機無級調速電路

由于使用IAP15F2K61S2單片機發出的PWM對交流無級電機進行調試，考慮到弱電與強電的隔離以及較高的PWM工作頻率等問題，故采用摩托羅拉公司生產的常用作大功率可控硅的MOC3061光耦合器。

1.2.6LCD12864顯示電路

本系統采用LCD12864液晶屏顯示系統各項參數，該液晶屏技術較為成熟且應用廣泛，開發容易，價格低廉［3］。

1.2.7燈光控制電路

本系統采用電磁繼電器對220V交流燈光進行有效控制，利用弱電控制強電，避免人對強電直接控制。

2　課室風扇燈光管理系統軟件設計

2.1單片機主程序設計

課室風扇燈光管理系統主要完成光照傳感器模塊、溫度傳感器模塊、光照傳感器電路、光電傳感器以及CC1101通信模塊信號采集、處理、顯示以及按鍵電路識別等功能。因此設計軟件時，必須先對各個模塊進行初始化，而后單片機才能調用各個模塊并接收相應的信號，最后才能實現本系統具備的相應功能。主程序流程如圖2所示。

2.2上位機設計

本管理系統使用微軟公司發布的VisualBasic軟件開發出針對本管理系統的上位機軟件，其主要是收集、處理下位機硬件設備傳送過來的各類信息以及向下位機硬件設備發出操作指令［4］。本管理系統上位機軟件登錄界面如圖3所示，用戶必須輸入正確的用戶名稱和用戶密碼才能進入課室風扇燈光管理系統上位機軟件用戶主界面。

圖2　主程序流程圖

圖3　上位機軟件用戶登錄界面

當用戶成功登錄課室風扇燈光管理系統上位機并進入主界面之后，準確無誤地設置串口及波特率之后，串口工作指示燈變為綠色，否則為紅色提醒用戶當前選擇串口有誤。

當用戶點擊“獲取溫度”按鈕之后，上位機收集下位機實時環境溫度并在系統溫度區域顯示出來。

當用戶需要對風扇①、風扇②進行調試時，只需點擊相應的“高速”、“中速”、“低速”及“停止”按鈕，此時課室電風扇工作狀態區域中以文字的形式顯示出當前風扇工作狀態，若風扇正常運行其工作指示燈為綠色，否則為紅色。

當用戶點擊“燈光①”、“燈光②”按鈕，則可以切換燈光正常通電及斷電狀態，燈光正常通電時其工作指示燈為綠色，否則為紅色。

當用戶在硬件設備上通過按鍵改變風扇①和風扇②、燈光①、燈光②工作狀態時，上位機也會及時獲取相關信息并顯示出來。

課室風扇燈光管理系統上位機運行狀態①、②分別如圖4、圖5所示。

圖4　課室風扇燈光管理系統上位機運行狀態①

圖5　課室風扇燈光管理系統上位機運行狀態②

3　結論

經過反復試驗表明本管理系統上位機軟件以及下位機硬件設備中各個功能模塊均能長時間穩定運行，采集數據迅速，分析及處理數據準確，及時有效對風扇進行調速、燈光開與關燈操作，無線通信可靠傳輸數據。

綜合上述，本課室風扇燈光管理系統實現了一定的智能化控制，在一定程度上節約了能源，減少了課室管理員的工作量，具有一定的實際應用價值。

［1］林海汀.電子工藝技術與實踐［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［2］丁向榮.增強型8051單片機原理與系統開發（C51版）［M］.北京：清華大學出版社，2013.

［3］李全利.單片機原理及應用（C51編程）［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［4］丁張輝.Visual Basic串口通信及編程實例［M］.北京：化學工業出版社，2011.

弦信號失真度測量儀具有以下優勢：（1）采用數字化設計后，電路的結構大大簡化，可靠性增強，生產容易以及調試方便；（2）數字失真度測試儀只用一套電路便可測量2～5次諧波，并可單獨顯示各次諧波的失真以及總失真，而且可以根據需要，只需增加取樣頻率即可測量更高次的諧波，并具有擴展性；（3）具有較高的精度及良好的人機界面。

參考文獻

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［2］黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2006.

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［6］榮軍，張敏，李一鳴，等.一種基于數字控制的直流電流源技術研究［J］.微型機與應用，2010，29（23）：71-73.

［7］劉憲力，特日格樂，張清.基于等效和實時采樣的數字示波器設計［J］.電子設計工程，2009，17（6）：69-71.

［8］丁紅斌，秦會斌，孫順遠.基于 STM32的虛擬示波器的設計與實現［J］.電子器件，2009，32（6）：1007-1010.

（收稿日期：2015-01-30）

作者簡介：

丁躍澆（1967-），男，碩士，教授，主要研究方向：工業控制和智能控制技術。

Classroom fan lighting management system based on IAP single chip microcomputer

Ye Chengbin，Guo Zhixiong，Liu Xiaoxuan
（School of Electrical Engineering，Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou 510800，China）

Take IAP15F2K61S2 microcontroller as the core controller，and integrate with the temperature acquisition，AC fan stepless speed regulation，light control and PC wireless control functions to constitute the classroom fan lighting management system，which has the advantages such as simple control and flexible operation.This system improves the phenomenon that the lights and fans of the traditional classroom are always running，and also greatly reduces the workload of classroom administrator.

IAP single chip microcomputer；temperature sensor；stepless speed regulation；computer；wireless control

文獻標識碼：A文章編號：1674-7720（2015）12-0067-03

2015-01-19）

葉成彬（1990-），男，本科，助理實驗師，主要研究方向：單片機技術及其應用。

郭志雄（1967-），男，碩士研究生，實驗師，主要研究方向：電工電子技術。

劉曉璇（1993-），女，本科生，主要研究方向：電氣工程及其自動化技術。