基于單片機的教室工作狀態(tài)指示器

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 王子謙

隨著電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用逐漸廣泛。自動控制技術(shù)的發(fā)展不僅改變了人們的技術(shù)視野，也改變了我們的生活和思維方式。智能控制技術(shù)已經(jīng)并將繼續(xù)滲透到人們生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，把我們帶入智能化的生活模式。

在當今社會，越來越多的產(chǎn)品在流水線和各種公共場所需要自動計數(shù)?；趩纹瑱C的自動計數(shù)器具有計數(shù)直觀、準確等優(yōu)點，在各個行業(yè)得到了廣泛的發(fā)展。數(shù)字計數(shù)器有多種形式，包括接觸式和非接觸式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非接觸式紅外計數(shù)器得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計采用紅外發(fā)射接收管作為紅外計數(shù)器的信號檢測頭，具有價格低廉、抗干擾性好、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點。設(shè)計的指導(dǎo)原則是利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線接收管接收紅外線，并將紅外光放大、整流，形成低電平信號。當有人或物阻擋紅外光時，接收數(shù)碼管不接收紅外信號，放大器顯示高低電平變化。同時，將液位信號送入單片機進行控制和計數(shù)，并由數(shù)碼管顯示值。這樣，我們就可以計算出要計算的人或物的數(shù)量。

1 整體方案設(shè)計

本系統(tǒng)所研究的教室工作狀態(tài)指示器有硬件和軟件之分。硬件部分是整個系統(tǒng)執(zhí)行的前提，為軟件的程序運行提供平臺。而軟件部分，對硬件端口產(chǎn)生的信號進行采集、分析、處理，從而實現(xiàn)指示器的各項功能。本次設(shè)計任務(wù)是利用STC89C52RC系列單片機、LCD1602液晶顯示、F3紅外對管傳感器、按鍵等器件設(shè)計一個教室工作狀態(tài)指示器，根據(jù)設(shè)計要求利用紅外傳感器的短距離感應(yīng)，當有人靠近它一定范圍后，單片機讀取紅外傳感器的狀態(tài)，通過紅外傳感器的狀態(tài)，單片機在內(nèi)部對它進行相應(yīng)的處理，并將處理結(jié)果顯示在LCD1602上。操作人員還可以通過按鍵對指示器進行工作狀態(tài)的設(shè)定，并將之顯示在LCD1602上。首先將指示器的初始狀態(tài)設(shè)定為活動模式，通過按鍵，可以切換為自習(xí)或上課模式。該系統(tǒng)的控制是以AT89C51RC單片機為核心，通過相關(guān)電路的驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設(shè)備的控制，采用一個LCD1602顯示整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室進出人員計數(shù)、顯示教室狀態(tài)的功能。系統(tǒng)在設(shè)計時，既實現(xiàn)了智能化控制，而且設(shè)置了手動－自動控制切換鍵，智能控制系統(tǒng)如果發(fā)生故障時，可以切換到手動操縱，避免影響教室狀態(tài)和進出人員計數(shù)的正常使用。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

本設(shè)計采用STC89C52RC單片機作為整個系統(tǒng)的核心。STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，采用8K字節(jié)系統(tǒng)可編程閃存。而STC89C52單片機在基于經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核上相對傳統(tǒng)單片機的功能做了大量的改進。在單芯片上，智能8位CPU和系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存使STC89C52成為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)高度靈活和有效的解決方案。其引腳圖如圖1所示。

2.2 紅外模塊設(shè)計

圖1 STC89C52RC引腳圖

紅外線傳感器的原理是能夠發(fā)出一種感應(yīng)目標輻射的紅外線，利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器。紅外對管就是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或紅外線接收管，或紅外線接收頭配合在一起使用時候。在光譜中波長大于0.76μm的一段稱為紅外線。本次課程設(shè)計使用兩個對管紅外A、B，接收與發(fā)射端分別接電源和地，但是接收端還有一根信號線需要接回單片機，對應(yīng)端口分別為P1.0和P1.1。兩個紅外通過感應(yīng)的先后順序來判斷人員的進出，若感應(yīng)順序為先A后B，則判斷有人進入，LCD顯示屏上對應(yīng)的計數(shù)位加1，反之則有人出去，計數(shù)位減1。原理圖如圖2所示。

圖2 紅外模塊原理圖

2.3 按鍵模塊設(shè)計

本設(shè)計設(shè)定了3種工作模式，上課狀態(tài)、自習(xí)狀態(tài)和活動狀態(tài)。為方便操作人員自由切換工作模式，選用了3個外接按鍵接回單片機，對應(yīng)端口為P3.0、P3.1、P3.2。按鍵體積小、成本低廉，對于該設(shè)計是一個不錯的選擇。P3.0為上課狀態(tài)，P3.1為自習(xí)狀態(tài)，P3.2為活動狀態(tài)，按下相應(yīng)的模式狀態(tài)對應(yīng)LCD顯示屏狀態(tài)顯示會有所改變，程序中還加入了10ms的防抖動代碼，避免誤觸。

圖3 LCD模塊原理圖

2.4 LCD模塊設(shè)計

LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏、控制驅(qū)動主電路及其擴展驅(qū)動電路，以及少量電阻、電容器件和結(jié)構(gòu)件等在PCB板上安裝組成。本次設(shè)計選用的字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數(shù)字和符號等的點陣式LCD。一般的LCD1602字符型液晶顯示器的內(nèi)部控制器大部分為HD44780，能夠顯示英文字母、阿拉伯數(shù)字、日文片假名和一般性符號。對于本設(shè)計是一個非常不錯的選擇，易于實現(xiàn)，且成本低。1602采用標準的16腳接口，如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

教室狀態(tài)檢測器，通過按下狀態(tài)鍵，單片機內(nèi)部檢測通過的電平變化向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)模式切換，本設(shè)計采用了3個按鍵，分別表示上課狀態(tài)、自習(xí)狀態(tài)和活動狀態(tài)。當按鍵有高電平信號時，表示有人按下相應(yīng)的按鍵，單片機內(nèi)部在檢測是哪個按鍵被按下，然后將數(shù)據(jù)傳給LCD顯示對應(yīng)狀態(tài)。同時紅外傳感器會不停的檢測有無人員進出，通過紅外傳感器的發(fā)射與接收延時時間的判斷來檢測是否有人通過，初步設(shè)定的紅外延時接收時間為1S，也就是說一個人正常通過教室門的時間為1S，當紅外接收端在1S后接收到發(fā)射端發(fā)出的紅外線時，單片機內(nèi)部就判斷感應(yīng)有效，即有人通過，這時單片機內(nèi)部就會進行相應(yīng)的處理并將數(shù)據(jù)傳給LCD使它顯示相應(yīng)的內(nèi)容。LCD計數(shù)依據(jù)為進入加1，出去減1。按鍵模塊也會隨時進行檢測，當有人按下相應(yīng)狀態(tài)的按鍵時，就會在LCD上顯示相應(yīng)的工作狀態(tài)。

結(jié)束語：本文提出并設(shè)計完成調(diào)試的智能化控制教室狀態(tài)方案，希望為高校智能化管理提供一種應(yīng)用電子類的智能化方案。本次設(shè)計的教室工作狀態(tài)指示器系統(tǒng)，可以有效地對教室狀態(tài)進行控制，為我們的學(xué)習(xí)生活帶來方便，能夠達到控制的目的，尤其適用于學(xué)校教室。由于系統(tǒng)采用單片機控制，具有較高的性價比，即可以根據(jù)實際情況進行更改和擴展，提高了系統(tǒng)的靈活性和適用性，有利于應(yīng)用和推廣。教室狀態(tài)自動控制已成為一種發(fā)展趨勢，這種技術(shù)可以使學(xué)校教室得到合理的應(yīng)用，方便了廣大師生，可以根據(jù)不同的需求進行相應(yīng)的設(shè)計，是一種值得推廣的新技術(shù)。