基于单片机的教室工作状态指示器

西北民族大学电气工程学院 王子谦

随着电子技术产业的快速发展，电子技术的应用逐渐广泛。自动控制技术的发展不仅改变了人们的技术视野，也改变了我们的生活和思维方式。智能控制技术已经并将继续渗透到人们生产生活的各个领域，把我们带入智能化的生活模式。

在当今社会，越来越多的产品在流水线和各种公共场所需要自动计数。基于单片机的自动计数器具有计数直观、准确等优点，在各个行业得到了广泛的发展。数字计数器有多种形式，包括接触式和非接触式。随着科学技术的发展，非接触式红外计数器得到了广泛的应用。本设计采用红外发射接收管作为红外计数器的信号检测头，具有价格低廉、抗干扰性好、结构简单、操作方便等优点。设计的指导原则是利用红外线发射管发射红外线，红外线接收管接收红外线，并将红外光放大、整流，形成低电平信号。当有人或物阻挡红外光时，接收数码管不接收红外信号，放大器显示高低电平变化。同时，将液位信号送入单片机进行控制和计数，并由数码管显示值。这样，我们就可以计算出要计算的人或物的数量。

1 整体方案设计

本系统所研究的教室工作状态指示器有硬件和软件之分。硬件部分是整个系统执行的前提，为软件的程序运行提供平台。而软件部分，对硬件端口产生的信号进行采集、分析、处理，从而实现指示器的各项功能。本次设计任务是利用STC89C52RC系列单片机、LCD1602液晶显示、F3红外对管传感器、按键等器件设计一个教室工作状态指示器，根据设计要求利用红外传感器的短距离感应，当有人靠近它一定范围后，单片机读取红外传感器的状态，通过红外传感器的状态，单片机在内部对它进行相应的处理，并将处理结果显示在LCD1602上。操作人员还可以通过按键对指示器进行工作状态的设定，并将之显示在LCD1602上。首先将指示器的初始状态设定为活动模式，通过按键，可以切换为自习或上课模式。该系统的控制是以AT89C51RC单片机为核心，通过相关电路的驱动，完成对系统设备的控制，采用一个LCD1602显示整个系统的工作状态，实现了对教室进出人员计数、显示教室状态的功能。系统在设计时，既实现了智能化控制，而且设置了手动－自动控制切换键，智能控制系统如果发生故障时，可以切换到手动操纵，避免影响教室状态和进出人员计数的正常使用。

2 系统硬件设计

2.1 单片机最小系统

本设计采用STC89C52RC单片机作为整个系统的核心。STC89C52RC是STC公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，采用8K字节系统可编程闪存。而STC89C52单片机在基于经典的MCS-51内核上相对传统单片机的功能做了大量的改进。在单芯片上，智能8位CPU和系统内可编程闪存使STC89C52成为许多嵌入式控制应用系统高度灵活和有效的解决方案。其引脚图如图1所示。

2.2 红外模块设计

图1 STC89C52RC引脚图

红外线传感器的原理是能够发出一种感应目标辐射的红外线，利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外对管就是红外线发射管与光敏接收管，或红外线接收管，或红外线接收头配合在一起使用时候。在光谱中波长大于0.76μm的一段称为红外线。本次课程设计使用两个对管红外A、B，接收与发射端分别接电源和地，但是接收端还有一根信号线需要接回单片机，对应端口分别为P1.0和P1.1。两个红外通过感应的先后顺序来判断人员的进出，若感应顺序为先A后B，则判断有人进入，LCD显示屏上对应的计数位加1，反之则有人出去，计数位减1。原理图如图2所示。

图2 红外模块原理图

2.3 按键模块设计

本设计设定了3种工作模式，上课状态、自习状态和活动状态。为方便操作人员自由切换工作模式，选用了3个外接按键接回单片机，对应端口为P3.0、P3.1、P3.2。按键体积小、成本低廉，对于该设计是一个不错的选择。P3.0为上课状态，P3.1为自习状态，P3.2为活动状态，按下相应的模式状态对应LCD显示屏状态显示会有所改变，程序中还加入了10ms的防抖动代码，避免误触。

图3 LCD模块原理图

2.4 LCD模块设计

LCD1602液晶显示器是广泛使用的字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏、控制驱动主电路及其扩展驱动电路，以及少量电阻、电容器件和结构件等在PCB板上安装组成。本次设计选用的字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字和符号等的点阵式LCD。一般的LCD1602字符型液晶显示器的内部控制器大部分为HD44780，能够显示英文字母、阿拉伯数字、日文片假名和一般性符号。对于本设计是一个非常不错的选择，易于实现，且成本低。1602采用标准的16脚接口，如图3所示。

3 系统软件设计

教室状态检测器，通过按下状态键，单片机内部检测通过的电平变化向单片机发送数据来实现模式切换，本设计采用了3个按键，分别表示上课状态、自习状态和活动状态。当按键有高电平信号时，表示有人按下相应的按键，单片机内部在检测是哪个按键被按下，然后将数据传给LCD显示对应状态。同时红外传感器会不停的检测有无人员进出，通过红外传感器的发射与接收延时时间的判断来检测是否有人通过，初步设定的红外延时接收时间为1S，也就是说一个人正常通过教室门的时间为1S，当红外接收端在1S后接收到发射端发出的红外线时，单片机内部就判断感应有效，即有人通过，这时单片机内部就会进行相应的处理并将数据传给LCD使它显示相应的内容。LCD计数依据为进入加1，出去减1。按键模块也会随时进行检测，当有人按下相应状态的按键时，就会在LCD上显示相应的工作状态。

结束语：本文提出并设计完成调试的智能化控制教室状态方案，希望为高校智能化管理提供一种应用电子类的智能化方案。本次设计的教室工作状态指示器系统，可以有效地对教室状态进行控制，为我们的学习生活带来方便，能够达到控制的目的，尤其适用于学校教室。由于系统采用单片机控制，具有较高的性价比，即可以根据实际情况进行更改和扩展，提高了系统的灵活性和适用性，有利于应用和推广。教室状态自动控制已成为一种发展趋势，这种技术可以使学校教室得到合理的应用，方便了广大师生，可以根据不同的需求进行相应的设计，是一种值得推广的新技术。