基于單片機(jī)的自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙雅蕓

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅酒泉，735000）

0 前言

高校是一個(gè)辦學(xué)經(jīng)營的實(shí)體，如何有效地降低成本和提高效率，是建設(shè)節(jié)能環(huán)保型智慧校園中亟待解決的問題。相對(duì)商業(yè)樓宇而言，校園里的大功率動(dòng)力和制冷設(shè)備比重較少，而照明燈具則相對(duì)占更多比重。由于學(xué)校照明電路支路眾多因此耗電量也非常大，而且校園內(nèi)人口密度大、公共區(qū)域較多，照明電路（尤其是樓道、教室、自習(xí)室內(nèi)的照明部分）基本都靠人為自覺進(jìn)行控制，造成管理難度大、無法統(tǒng)一管理、電能的嚴(yán)重浪費(fèi)，亟需照明的智能化控制系統(tǒng)解決此類問題，以提高學(xué)校的科學(xué)管理水平。

通過采用智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)不同場(chǎng)合、不同環(huán)境、不同人流量，進(jìn)行分時(shí)間段、分場(chǎng)景靈活控制，進(jìn)行自由切換，在需要時(shí)自動(dòng)開啟照明。同時(shí)，智能照明系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)照度。智能照明控制系統(tǒng)不僅提供了不同工作場(chǎng)合的多種照明控制模式，而且能在保證必要照明的前提下，有效減少燈具的工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)降低能耗、節(jié)省能源開支、延長燈具使用壽命等目標(biāo)，也大大減少了管理人員的數(shù)量，解決了人為因素出現(xiàn)的不及時(shí)開關(guān)，影響學(xué)校正常教學(xué)、生活秩序的情況出現(xiàn)。

1 智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)就以酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)樓的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，以教室照明、樓梯照明、走廊照明為控制對(duì)象，采用定時(shí)控制、感應(yīng)控制、場(chǎng)景環(huán)境控制、中央電腦控制和消防聯(lián)動(dòng)的控制模式，做到自動(dòng)反饋各回路的運(yùn)行狀態(tài)，智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 智能照明系統(tǒng)的組成

2 自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本文主要針對(duì)智能照明控制系統(tǒng)中的基于單片機(jī)控制的自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)完成具體的設(shè)計(jì)方案。通過STC89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自習(xí)室的監(jiān)控功能，采用紅外傳感器統(tǒng)計(jì)室內(nèi)具體人數(shù)，同時(shí)通過液晶顯示提示自習(xí)室內(nèi)總座位數(shù)、自習(xí)室內(nèi)實(shí)際人數(shù)以及剩余座位數(shù)。該監(jiān)控系統(tǒng)還可以完成復(fù)位，所設(shè)定的參數(shù)具有掉電保持功能，保存在單片機(jī)的內(nèi)部。如圖2所示為基于單片機(jī)的自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖。

圖2 基于單片機(jī)的自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)框圖

該單片機(jī)的自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)的主要工作原理為：利用紅外傳感器的特性，即紅外接收管利用紅外光電阻分壓原理，先取基準(zhǔn)電壓，然后通過電壓比較器可以輸出高低電平。當(dāng)有紅外光照射的時(shí)候，紅外接收管串聯(lián)的電阻分得的電壓很大，輸出低電平；當(dāng)無紅外光照射的時(shí)候，紅外接收頭串聯(lián)電阻分得的電壓很小，輸出高電平，然后再將輸出電平發(fā)往單片機(jī)進(jìn)行處理，就可以輸出精準(zhǔn)且穩(wěn)定的計(jì)數(shù)值。

2.2 自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 主要元器件介紹

(1)STC89C51單片機(jī)

STC89C51單片機(jī)是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COΜOS8的微處理器。STC89C51單片機(jī)的封裝圖及主要功能如圖3所示。根據(jù)傳感器接受到的紅外信號(hào)，在編好的指令下控制照明系統(tǒng)，并對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)功能。

圖3 STC89C51單片機(jī)封裝圖及主要功能介紹

(2)12864液晶顯示屏

12864液晶顯示屏就是12864圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，即由128×64個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成的一個(gè)128列×64行的陣列，它的每一行橫向一共有128個(gè)可顯示點(diǎn)，每一列縱向有64個(gè)，這些“點(diǎn)”其實(shí)也都是一個(gè)個(gè)發(fā)光二極管，每個(gè)顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)一位二進(jìn)制數(shù)，1表示亮，0表示滅。由電路圖圖6所示，顯示器可以將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示出來，比如：當(dāng)前人數(shù)、出去人數(shù)、座位數(shù)等結(jié)果。

圖6 自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)電路圖

(3)紅外線傳感器

紅外線傳感器又稱為反射型傳感器，是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)控制的。光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)目的。由于光電開關(guān)的輸出回路和輸入回路之間是電隔離即電緣絕的。由三部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。紅外線傳感器的棕色引腳為正極，接+5V；藍(lán)色引腳為負(fù)極，接0V；黑色引腳為信號(hào)輸出腳，輸出高、低電平。

2.2.2 控制電路設(shè)計(jì)

(1)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)電路由電源電路、晶振電路和復(fù)位電路組成,該電路作為整個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心單元,其連接方式如圖4所示。

圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

(2)紅外檢測(cè)電路

如圖5所示，紅外線檢測(cè)部分采用一對(duì)紅外發(fā)送、接收管構(gòu)成。電路的工作過程為：

圖5 紅外檢測(cè)電路

當(dāng)電路正常工作時(shí)，無障礙物遮擋，紅外接收管接收到紅外線照射，這時(shí)，紅外接收管的電阻很小，大部分電壓都加在R3上，這正是電壓比較器LΜ324的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓由R4和R5分壓得到而R3分得的電壓要高于此基準(zhǔn)電壓值，故這時(shí)電壓比較器LΜ324輸出高電平。

當(dāng)在紅外發(fā)射、接收管之間有一不透光障礙物時(shí)，紅外接收管上無紅外線照射，這時(shí)紅外接收管的電阻很大，大部分電壓都加在紅外接收管上，這也是電壓比較器LΜ324的正向輸入電壓，而負(fù)向輸入電壓也是由R4和R5分壓得到，和原來電壓大小一樣，此時(shí)R3上分得的電壓很小且低于此基準(zhǔn)電壓值，因此電壓比較器LΜ324輸出低電平。

(3)自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)總電路圖自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)總電路圖如圖6所示。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

自習(xí)室監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程圖如圖7所示。下載完程序后或重新上電后程序按照工作流程正常運(yùn)行。打開電源，教室監(jiān)控系統(tǒng)初始化完成，可以設(shè)定當(dāng)前教室所能容納的總?cè)藬?shù)，此時(shí)屏幕中顯示進(jìn)入人數(shù)為0，當(dāng)前人數(shù)為0。如果打開電源后當(dāng)前人數(shù)不為0，應(yīng)進(jìn)行復(fù)位清零操作。當(dāng)進(jìn)入端紅外線傳感器A感應(yīng)到有人進(jìn)入，進(jìn)端人數(shù)加1，當(dāng)前人數(shù)加1；當(dāng)出端紅外線傳感器B感應(yīng)到有人離開，進(jìn)入人數(shù)減1，當(dāng)前人數(shù)減1。

圖7 軟件流程圖

3 總結(jié)

智能照明系統(tǒng)的使用能夠大幅度降低學(xué)校在電能供應(yīng)系統(tǒng)上的管理、維修、維護(hù)等壓力，不僅可以節(jié)省用于能源費(fèi)用、人工、維護(hù)管理等方面的支出費(fèi)用,而且可以改善學(xué)校的辦學(xué)條件，還可以提升師生的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境和生活質(zhì)量。智能照明系統(tǒng)同時(shí)具備單回路開關(guān)控制和群組開關(guān)控制工作狀態(tài)，其中照明電路能夠智能控制燈光，使燈光自動(dòng)適應(yīng)具體的場(chǎng)景以及環(huán)境的變化。照明電路具有多種控制模式，包括定時(shí)照明、手動(dòng)開關(guān)、傳感器感應(yīng)控制以及中央控制電腦集中控制等功能，也具有消防聯(lián)動(dòng)功能，還可以實(shí)現(xiàn)無人管理，且能實(shí)時(shí)反饋每一回路的運(yùn)行與故障狀態(tài)，因此具備控制方式靈活，功能完善的優(yōu)點(diǎn)。