基于STC89C52单片机的智能宿舍系统设计

李晓磊，王学贺

（菏泽医学专科学校，山东 菏泽 274000）

0 引 言

近年来，宿舍发生火灾事件不断发生，严重威胁着当代大学生的人身安全与财产安全，也对学校的教学、生活秩序产生了较大的影响。对于当代大学生，除了日常上课与室外活动，其余大部分时间在宿舍中度过，对高校学生宿舍的安全性、舒适性也有较高的要求，在未来智能化高校学生宿舍将成为一种趋势。本文以单片机为基础结合物联网技术设计出一套高校智能宿舍系统，可以实现宿舍内温度、湿度及火情情况实时检测、显示，当发生火灾时能够及实地报警，有效地减少宿舍火灾事件的发生。此外，当学生出门时忘记关灯或空调时，可以实现远程关闭避免浪费能源，为宿舍内学生生活中不用移步即可完成电灯和空调开关提供了极大的方便。

1 整体方案研究

为了更加全面地检测宿舍内环境状况，本系统采取了多元化参数检测，主要包括宿舍内温度、湿度、烟雾浓度及火焰情况。在温度、湿度检测方面，采用DHT11一体式数字温湿度传感器；在火情检测方面，由温度、烟雾浓度与火焰情况作为判断火情的重要参数，使用烟雾传感器和火焰传感器进行检测；在显示数据方面，本文采用12864液晶以及手机APP进行显示数据；在单片机与手机APP之间的数据传输方面，采用ESP8266 Wi-Fi无线传输模块进行传输数据。因此，本设计主要包含主控制器器模块，温湿度检测模块、火情检测模块、Wi-Fi无线传输模块、液晶显示及报警模块、继电器控制模块及手机APP七部分组成，基于STC89C52单片机的智能宿舍系统整体电路图如图1所示。

2 硬件系统研究

2.1 主控制器模块

本系统采用STC89C52单片机作为主控制器，该类型单片机功耗较低，内部拥有定时器/计数器、外部中断以及全双工串口通信功能，4组并行I/O接口具有输入和输出数据的功能，能够实现对外围电路的控制。STC89C52单片机主控制器电路主要包括电源、晶振以及复位电路，在本系统中单片机能够对各种传感器采集的数据进行相应的处理、显示，同时利用串口通信功能与ESP8266 Wi-Fi模块进行信息的传输。

2.2 温湿度检测模块

本系统采用DHT11温湿度传感器检测温度、湿度。DHT11温湿度传感器是一款常用的工业级数字复合型传感器，其内部主要由电阻式感湿元件和NTC测温元件组成。该传感器模块使用方便简单，单总线数据输出接口能够直接与单片机外部I/O接口连接，DHT11温度传感器每次传输40位的数据，其中包含16位温度数据、16位的湿度数据以及8位的校验数据，单片机根据接收到的数据进行计算得到温度、湿度值，在本系统中DHT11传感器与单片机的P2.0 I/O接口相连进行数据通信。

图1 系统整体电路图

2.3 火情检测模块

为了更准确地检测宿舍内的火情情况，本系统采用MQ2型烟雾传感器和YL38火焰传感器作为火情检测模块，两种传感器分别用来检测宿舍内的烟雾浓度以及是否存在火焰情况。烟雾传感器和火焰传感器传感器均具有数字量和模拟量输出模式，在本系统中烟雾传感器和火焰传感器均采用数字量输出模式，其输出接口分别与单片机P1.1、P1.2 I/O接口相连接，当宿舍内的烟雾浓度或者火焰光谱超过传感器预设阈值时传感器输出低电平，当单片机接收到低电平信号后系统将进行声光报警，同时会在12864液晶屏幕和手机端APP中显示火情检测数据。

2.4 Wi-Fi无线传输模块

ESP8266 Wi-Fi模块是一个完整且体系化的Wi-Fi网络解决方案，其支持STA、AP及STA+AP三种运行方式，用户可根据需求根据相应的AT指令自行选择运行方式。ESP8266 Wi-Fi模块是一款超低功耗且通信稳定的无线传输模块，本系统中，单片机接口P3.0、P3.1分别与Wi-Fi模块的TX、RX接口连接，Wi-Fi模块采用STA+AP运行方式，当Wi-Fi模块连接入校园网时，可以实现单片机的联网功能，能够与手机端APP进行远程通信，当没有局域网或互联网可连接时，Wi-Fi模块可以用其产生的热点供用户的手机端APP连接，从而实现较近距离的通信功能。

2.5 液晶显示及报警模块

本系统采用12864液晶模块进行数据显示，该类型液晶屏具有串行通信和并行通信两种工作模式，本系统中采用并行通信模式，需将PSB控制端口需要设置为高电平状态，八位数据口分别与单片机的P0端口相连，在数据显示时，还需要按照时序要求分别对RS数据命令选择端、R/W读写控制端进行设置，在本系统中PSB、R/W、RS引脚分别接P2.4、P2.6、P2.7 I/O接口。液晶显示模块主要用来显示宿舍内的温度、湿度以及火情情况。系统报警模块主要由LED指示灯以及蜂鸣器两部分组成，当出现温度、湿度过高或者出现火情时进行声光报警。

2.6 继电器控制模块

继电器模块用来电控制灯和空调的开关状态，由于STC89C52单片机主控制器的I/O接口默认状态输出高电平，所以在本系统中将继电器模块设置为低电平触发模式。本系统中的两路继电器输出端口直接与主控制器的I/O接口P1.3、P1.4相连接，当主控制器输出低电平时，继电器处于常闭状态，用电设备处于工作状态；当输出高电平时，继电器处于常开状态，用电设备处于关闭状态。

3 软件系统研究

本系统的程序设计包括各模块初始化程序模块，测量程序模块，显示程序模块、串口通信模块以及手机端APP设计，软件系统算法具体如下：

（1）初始化DHT11温湿度传感器、烟雾浓度传感器、火焰传感器程序；

（2）初始化ESP8266 Wi-Fi无线模块程序，采用STA+AP混合模式，配置模块连接的网络，并设置其产生热点名称及密码，并建立服务器；

（3）开启总中断，设置串口中断并建立其服务程序，与ESP8266 Wi-Fi无线模块进行通信。在执行系统程序的过程中，当手机端APP发送数据命令时，即触发串口中断程序，停止执行当前程序，执行步骤（7）；

（4）运行DHT11温湿度传感器、烟雾浓度传感器、火焰传感器程序，进行数据检测；

（5）进行数据处理，将处理完的数据进行液晶显示并通过串口通信发送至手机端APP显示；

（6）判断检测到的数据是否达到火情报警预设值，若是，声光报警，否则，返回执行步骤（2）；

（7）中断服务程序，判断接收的数据命令类型，根据命令执行控制电灯、空调用电器的继电器开关操作，执行完毕后继续运行中断服务程序前的程序。

本文手机端APP是使用E4A易安卓软件开发设计，E4A易安卓软件是一款采用可视化开发环境，并支持中文代码编写及强大的智能编程语法提示功能，开发环境主要由设计区和代码区两部分组成，代码区代码主算法如下：

（1）创建主窗口，设置各标签背景颜色；

（2）连接服务器，各按钮被激活可用，断开服务器设置，各按钮不可用；

（3）设置各按钮及其执行的动作；

事件 主窗口.按下某键 （键代码 为 整数型，传址 屏蔽 为 逻辑型）

（4）接收数据，进行显示，执行动作。

使用手机端APP时，首先需要进行服务器IP地址和端口连接登录，然后才能通过相应的按钮实现相关数据的查看和控制。

4 测试结果与分析

本文在硬件、软件完成基础上对智能宿舍系统温度检测、湿度检测、火情报警及远程控制功能进行了多次实际功能测试，其中电灯、空调用LED灯模拟，测试实物图如图2所示，测试结果如表1所示。测试结果表明：智能宿舍系统能有效地检测宿舍内温度、湿度、烟雾浓度及火焰情况并进行液晶实时显示；温度、烟雾浓度超过预设值以及检测到火焰情况时均能进行声光报警；检测结果能通过无线Wi-Fi通信技术实时显示在手机端APP，手机端APP电灯、空调控制按钮能够对其实现实时控制，基于STC89C52单片机研究的智能宿舍系统实现了全部预设功能。

图2 测试实物图

表1 测试结果记录

5 结 论

学生宿舍已不再是普通的休息场所，而是大学生密切关注的集休闲、学习、娱乐为一体的“第二家庭”。本文以单片机为为基础，结合传感器技术、物联网技术研究设计了一种能够提升宿舍居住环境的安全性与舒适性的智能宿舍系统，并通过功能测试研究了其性能。系统能够有效地检测宿舍内物理环境，实现火灾报警功能，同时还能够通过手机端APP进行人机互动，不仅能够远程监测宿舍内物理环境，还能够实现远程控制宿舍内用电设备。该系统功能稳定，设计人性化，能为该类技术在未来高校宿舍应用中创造基础性条件。