基于单片机的自习室监控系统设计

赵雅芸

（酒泉职业技术学院，甘肃酒泉，735000）

0 前言

高校是一个办学经营的实体，如何有效地降低成本和提高效率，是建设节能环保型智慧校园中亟待解决的问题。相对商业楼宇而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，而照明灯具则相对占更多比重。由于学校照明电路支路众多因此耗电量也非常大，而且校园内人口密度大、公共区域较多，照明电路（尤其是楼道、教室、自习室内的照明部分）基本都靠人为自觉进行控制，造成管理难度大、无法统一管理、电能的严重浪费，亟需照明的智能化控制系统解决此类问题，以提高学校的科学管理水平。

通过采用智能照明控制系统，根据不同场合、不同环境、不同人流量，进行分时间段、分场景灵活控制，进行自由切换，在需要时自动开启照明。同时，智能照明系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。智能照明控制系统不仅提供了不同工作场合的多种照明控制模式，而且能在保证必要照明的前提下，有效减少灯具的工作时间，实现降低能耗、节省能源开支、延长灯具使用寿命等目标，也大大减少了管理人员的数量，解决了人为因素出现的不及时开关，影响学校正常教学、生活秩序的情况出现。

1 智能照明系统的设计方案

现就以酒泉职业技术学院教学楼的智能照明系统设计为例，以教室照明、楼梯照明、走廊照明为控制对象，采用定时控制、感应控制、场景环境控制、中央电脑控制和消防联动的控制模式，做到自动反馈各回路的运行状态，智能照明系统的设计方案如图1所示。

图1 智能照明系统的组成

2 自习室监控系统设计

2.1 自习室监控系统总体设计方案

本文主要针对智能照明控制系统中的基于单片机控制的自习室监控系统完成具体的设计方案。通过STC89C51单片机实现自习室的监控功能，采用红外传感器统计室内具体人数，同时通过液晶显示提示自习室内总座位数、自习室内实际人数以及剩余座位数。该监控系统还可以完成复位，所设定的参数具有掉电保持功能，保存在单片机的内部。如图2所示为基于单片机的自习室监控系统组成框图。

图2 基于单片机的自习室监控系统框图

该单片机的自习室监控系统的主要工作原理为：利用红外传感器的特性，即红外接收管利用红外光电阻分压原理，先取基准电压，然后通过电压比较器可以输出高低电平。当有红外光照射的时候，红外接收管串联的电阻分得的电压很大，输出低电平；当无红外光照射的时候，红外接收头串联电阻分得的电压很小，输出高电平，然后再将输出电平发往单片机进行处理，就可以输出精准且稳定的计数值。

2.2 自习室监控系统硬件设计

2.2.1 主要元器件介绍

(1)STC89C51单片机

STC89C51单片机是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能COΜOS8的微处理器。STC89C51单片机的封装图及主要功能如图3所示。根据传感器接受到的红外信号，在编好的指令下控制照明系统，并对计数结果进行存储功能。

图3 STC89C51单片机封装图及主要功能介绍

(2)12864液晶显示屏

12864液晶显示屏就是12864图形点阵液晶显示模块，即由128×64个液晶显示点组成的一个128列×64行的阵列，它的每一行横向一共有128个可显示点，每一列纵向有64个，这些“点”其实也都是一个个发光二极管，每个显示点对应一位二进制数，1表示亮，0表示灭。由电路图图6所示，显示器可以将检测到的数据结果显示出来，比如：当前人数、出去人数、座位数等结果。

图6 自习室监控系统电路图

(3)红外线传感器

红外线传感器又称为反射型传感器，是通过把光强度的变化转换成电信号来实现控制的。光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测目的。由于光电开关的输出回路和输入回路之间是电隔离即电缘绝的。由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。红外线传感器的棕色引脚为正极，接+5V；蓝色引脚为负极，接0V；黑色引脚为信号输出脚，输出高、低电平。

2.2.2 控制电路设计

(1)单片机最小系统电路

单片机最小系统电路由电源电路、晶振电路和复位电路组成,该电路作为整个系统功能实现的核心单元,其连接方式如图4所示。

图4 单片机最小系统电路

(2)红外检测电路

如图5所示，红外线检测部分采用一对红外发送、接收管构成。电路的工作过程为：

图5 红外检测电路

当电路正常工作时，无障碍物遮挡，红外接收管接收到红外线照射，这时，红外接收管的电阻很小，大部分电压都加在R3上，这正是电压比较器LΜ324的正向输入电压，而负向输入电压由R4和R5分压得到而R3分得的电压要高于此基准电压值，故这时电压比较器LΜ324输出高电平。

当在红外发射、接收管之间有一不透光障碍物时，红外接收管上无红外线照射，这时红外接收管的电阻很大，大部分电压都加在红外接收管上，这也是电压比较器LΜ324的正向输入电压，而负向输入电压也是由R4和R5分压得到，和原来电压大小一样，此时R3上分得的电压很小且低于此基准电压值，因此电压比较器LΜ324输出低电平。

(3)自习室监控系统总电路图自习室监控系统总电路图如图6所示。

2.3 软件设计

自习室监控系统的软件流程图如图7所示。下载完程序后或重新上电后程序按照工作流程正常运行。打开电源，教室监控系统初始化完成，可以设定当前教室所能容纳的总人数，此时屏幕中显示进入人数为0，当前人数为0。如果打开电源后当前人数不为0，应进行复位清零操作。当进入端红外线传感器A感应到有人进入，进端人数加1，当前人数加1；当出端红外线传感器B感应到有人离开，进入人数减1，当前人数减1。

图7 软件流程图

3 总结

智能照明系统的使用能够大幅度降低学校在电能供应系统上的管理、维修、维护等压力，不仅可以节省用于能源费用、人工、维护管理等方面的支出费用,而且可以改善学校的办学条件，还可以提升师生的学习、工作环境和生活质量。智能照明系统同时具备单回路开关控制和群组开关控制工作状态，其中照明电路能够智能控制灯光，使灯光自动适应具体的场景以及环境的变化。照明电路具有多种控制模式，包括定时照明、手动开关、传感器感应控制以及中央控制电脑集中控制等功能，也具有消防联动功能，还可以实现无人管理，且能实时反馈每一回路的运行与故障状态，因此具备控制方式灵活，功能完善的优点。