基于單片機(jī)原理的實(shí)驗(yàn)室智能控制系統(tǒng)研究

摘要：為了方便教師實(shí)時(shí)了解實(shí)驗(yàn)室(教室)人數(shù)，采用STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)智能地控制實(shí)驗(yàn)室中各種電源的使用情況，可實(shí)現(xiàn)以下功能：通過中斷方式使用紅外光電開關(guān)實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)室人數(shù)并根據(jù)人數(shù)控制實(shí)驗(yàn)室中燈和實(shí)驗(yàn)桌的電源，通過電腦控制實(shí)驗(yàn)室電源的使用情況；并采用2次定時(shí)刷新鬧鐘定時(shí)的方式和時(shí)鐘芯片與單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器混合控制方式，使得到達(dá)放學(xué)時(shí)間自動(dòng)播放音樂，延時(shí)關(guān)閉電源，同時(shí)能顯示實(shí)驗(yàn)室溫度，可通過電腦查詢實(shí)驗(yàn)室人數(shù)等。該系統(tǒng)現(xiàn)已完成，實(shí)驗(yàn)表明達(dá)到了預(yù)期效果。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能實(shí)驗(yàn)室；紅外；定時(shí)光電開關(guān)；內(nèi)部定時(shí)器

21世紀(jì)，能源問題日益突出，節(jié)能環(huán)保已成為諸多設(shè)計(jì)所必須考慮的一大因素。該設(shè)計(jì)就是以有效提高實(shí)驗(yàn)室燈光和各種電源利用率為目的，采用紅外計(jì)數(shù)，在不同情況下分別提供相應(yīng)的照明和電源的供給，避免了人少開多組燈、使用多組儀器以及人員離開忘記關(guān)閉儀器等浪費(fèi)，節(jié)能的同時(shí)，提高設(shè)備使用壽命，可有效地達(dá)到自動(dòng)關(guān)閉電源目的，有效地防止火災(zāi)，同時(shí)該系統(tǒng)還可以顯示房間例如溫度、日期等詳細(xì)情況。該系統(tǒng)可在圖書館、教室、會(huì)議室、作為大型公共場所的中央控制設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及功能
該系統(tǒng)通過單片機(jī)控制DS12C887時(shí)鐘芯片準(zhǔn)確計(jì)，利用DS18B20(1-Wire)與單片機(jī)相連實(shí)現(xiàn)溫度采集，并在液晶芯片12864上顯示出時(shí)鐘和室內(nèi)溫度，控制溫度，當(dāng)溫度達(dá)到25℃時(shí)自動(dòng)閉合空調(diào)電源，允許使用空調(diào)。一般情況下，在計(jì)時(shí)到7：00(可以人工以獨(dú)立按鍵方式調(diào)節(jié)時(shí)間)時(shí)，自動(dòng)播放起始音樂并閉合總電源，測試房間內(nèi)溫度。當(dāng)計(jì)時(shí)到21：55時(shí)播放結(jié)束音樂，并在22：00時(shí)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。在平時(shí)控制電源時(shí)，該系統(tǒng)將有兩種工作狀態(tài)：自動(dòng)控制狀態(tài)和強(qiáng)制狀態(tài)。
1．1 自動(dòng)控制狀態(tài)(默認(rèn)狀態(tài))
在實(shí)驗(yàn)室門口安裝兩個(gè)紅外傳感器控制，分別設(shè)為1和2，當(dāng)人先通過1再通過2的時(shí)候設(shè)為進(jìn)人，反之則為出人。使用光敏電阻，當(dāng)室內(nèi)亮度低于正常要求且有人時(shí)，可開通照明電路。當(dāng)有人在天氣較暗(或者夜晚)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，該系統(tǒng)通過繼電器控制實(shí)驗(yàn)桌電源的開關(guān)和照明電路的閉合狀態(tài)。當(dāng)人數(shù)為1～10人時(shí)，開實(shí)驗(yàn)室其中的1盞燈，5張實(shí)驗(yàn)桌電源閉合，可供使用；人數(shù)在10～20時(shí)，開2盞燈，10張實(shí)驗(yàn)桌可供使用……根據(jù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室人數(shù)智能確定可供使用實(shí)驗(yàn)桌數(shù)量以及當(dāng)天氣較暗時(shí)，所開日光燈數(shù)目。當(dāng)人數(shù)重新變?yōu)榱愫螅?0 min后，喇叭報(bào)警，繼電器閉合，燈滅，所有已開實(shí)驗(yàn)桌電源斷開。直到再次有人進(jìn)入，繼電器閉合，實(shí)驗(yàn)桌電源重新閉合。當(dāng)室內(nèi)照明充足，則照明電路不工作，實(shí)驗(yàn)桌電源可控。
1．2 強(qiáng)制狀態(tài)
該狀態(tài)是通過計(jì)算機(jī)總機(jī)(上位機(jī))對單片機(jī)(下位機(jī))進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。將上位機(jī)與單片機(jī)連接在一起，通過串口通信對單片機(jī)進(jìn)行控制，以達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)室電源使用數(shù)量目的，可使實(shí)驗(yàn)室照明電路與實(shí)驗(yàn)桌電路全通，全滅或按要求指定特定的電源導(dǎo)通，并可通過輸入指令對單塊單片機(jī)進(jìn)行查詢，實(shí)時(shí)在上位機(jī)屏幕上顯示實(shí)驗(yàn)室人數(shù)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 硬件組成以及各器件功能介紹
智能實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)的硬件核心器件由單片機(jī)STC89C52芯片、E18-B03N1反射式紅外光電開關(guān)、音樂芯片、單總線溫度傳感器DS18B20、時(shí)鐘芯片DS12C887和帶有字庫的12864液晶組成。其中E18-B03N1反射式紅外光電開關(guān)，采用反射式，測量可調(diào)節(jié)距離大于30 cm，共有3根引腳1根接電源，一根接地，另一根數(shù)據(jù)線，當(dāng)沒有感應(yīng)閉合時(shí)，數(shù)據(jù)線為高電平，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，數(shù)據(jù)線變低電平。DS12C887：時(shí)鐘芯片，當(dāng)電源掉電，內(nèi)部時(shí)鐘依然走動(dòng)，有時(shí)鐘定時(shí)功能，可在24 h內(nèi)指定時(shí)間鬧鈴報(bào)警。DS18B20：為單總線溫度傳感器，實(shí)時(shí)將溫度信號讀入，精度0．5℃。
2．2 系統(tǒng)硬件各部分工作原理及介紹
硬件框圖如圖1所示。