基于校園寢室燈控管理系統(tǒng)的設計

豐俊++常繼彬

摘 要：文章以STC89C52單片機為系統(tǒng)的中央處理器，使用PC上位機、RS-485串行通信總線、采集光照信息的GL5516光敏電阻、數碼管顯示器和BISS0001紅外熱釋電檢測芯片等器件，設計了寢燈熄燈智能控制、寢室開關燈匿名表決和寢燈無人自動關閉等功能，經過仿真和調試，實現了設計要求。

關鍵詞：單片機應用；智能控制；寢室節(jié)電；串行通信

隨著經濟社會的高速發(fā)展，我國高等教育已進入大眾化階段，日益增多的在校大學生給高校的各項管理帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。如何確保高校大學生寢室晚上按時熄燈和減少電能的浪費，是當下高校后勤管理工作中亟待解決的問題。一種校園寢室燈控管理系統(tǒng)的設計，將有助于解決高校學生寢室電力資源的浪費，改善學生的睡眠質量，優(yōu)化高校的管理模式[1]。

1 寢室燈控管理系統(tǒng)的結構

1.1 系統(tǒng)的整體結構

基于校園寢室燈控管理系統(tǒng)的上位機通過RS-485串行總線與每間寢室的集成電路模塊中的STC89C52單片機實現通信。I2C總線不能用于長距離的數據傳輸和通信，RS-232串行總線的傳輸速率和傳輸距離有限，接口電平值較高，通信易受干擾。RS-485通信速率快，通信距離遠，采用差分通信，通信受到的干擾較小，因此，采用RS-485串行總線可以克服上述諸多不足之處[2]。

1.2 集成電路模塊的結構

集成電路模塊的結構框如圖1所示。每間寢室的集成電路模塊主要由STC89C52單片機、GL5516光敏電阻、熱釋電紅外檢測、繼電器和蜂鳴器等器件構成。單片機可以分別對光敏電阻檢測、紅外檢測和多人表決熄燈采集到的信號以及由上位機發(fā)送的信號進行處理，進而產生控制寢燈的電平信號[3-4]。

2 校園寢室燈控管理系統(tǒng)的設計

2.1 RS-485串行總線與STC89C52單片機連接

RS-485需要一個轉換器，即可直接與單片機的通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）串口連接，使用完全相同的異步串行通信協(xié)議。RS-485是差分通信，接收數據和發(fā)送數據不能同時進行，是一種半雙工通信。MAX485轉換器的6腳和7腳是RS-485通信中的A和B兩個引腳，1腳和4腳分別與單片機的RXD（P3.0）和TXD（P3.1）引腳連接，2腳和3腳是方向引腳，把這兩個引腳連接到一起，不發(fā)送數據時，保持低電平，MAX485處于接收狀態(tài)；發(fā)送數據時，把這兩個引腳置高電平，發(fā)送完畢后再置低電平。在MAX485的A和B引腳之間并聯一個1 k的電阻，可以提高RS-485的抗干擾能力[5]。

2.2 熄燈智能控制原理

GL5516光敏電阻外圍與單片機連接電路組成。運放輸出與單片機P1.2引腳連接，上位機開啟以后可以實時監(jiān)測每間寢室集成電路模塊中單片機P1.2引腳的電平狀態(tài)。到了設置的熄燈時間，若寢室沒有熄燈，單片機P1.2為高電平狀態(tài)，觸發(fā)單片機內部計時器開始計時，同時蜂鳴器開啟，若2 min之后寢室仍然沒有熄燈，蜂鳴器關閉，單片機控制繼電器強制熄燈。上位機根據每間寢室集成電路中單片機P1.2引腳的電平信號，分析各個寢室的熄燈情況。

2.3 寢室開關燈匿名表決

寢室開關燈經常會出現一種“眾口難調”的現象，為此設計了一種寢室開關燈匿名表決電路。當寢室需要進行開關燈表決時，每人根據自己的意愿，同意關燈按下開關，不同意關燈則不按下開關。表決結束后，開關產生相應的電平信號，單片機檢測開關產生的低電平信號，經過處理后，由數碼管顯示參與表決同意關燈的總人數。當數碼管顯示的人數大于或等于寢室參與表決總人數的1/2時，手動關閉寢室照明燈，否則不關燈。

2.4 寢燈無人自動關閉

學生在離開寢室時經常忘記關燈，為解決寢室“長明燈”問題，設計了一種熱釋電紅外檢測電路。檢測外圍電路采用BISS0001芯片，該芯片有高性能的傳感信號處理功能，可以自動快速開啟各類日光燈，廣泛應用于各類節(jié)能照明場所。芯片工作于可重復觸發(fā)模式，當寢室內有人移動時，BISS0001芯片3管腳視圖對象（View Object，VO）一直保持高電平狀態(tài)，當寢室內無人移動時，BISS0001芯片3管腳VO變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)單片機內部計時器開始計時，若30 s內，VO仍然沒有電平跳變，則單片機通過控制繼電器關閉寢室照明燈。

2.5 校園寢室燈控管理系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計基于單片機為中央處理器，實現熄燈智能控制，寢室成員表決熄燈，無人寢燈自動關閉等功能。

3 校園寢室燈控管理系統(tǒng)的仿真測試和數據分析

3.1 熄燈智能控制仿真測試

使用Multisim對熄燈智能控制的設計進行了仿真測試，仿真測試結果如圖2所示。仿真測試結果與理論完全一致。GL5516光敏電阻阻值隨著光照強度的增強而減小，當無光照或者是光照較弱時，輸出高電平，當光照較強時，輸出低電平。

3.2 寢室開關燈匿名表決仿真測試

使用Multisim對寢室開關燈匿名表決的設計進行了仿真測試。仿真測試結果與理論完全一致。以6人參與表決為例，數碼管可以實時顯示任意參與表決同意關燈的總人數。

4 結語

校園寢室燈控管理系統(tǒng)可以實現熄燈智能控制、寢室開關燈匿名表決和寢燈無人自動關閉等功能，經過仿真和調試，達到了預期的效果，可以解決高校學生寢室電能浪費的問題。系統(tǒng)設計選材廣泛，成本低廉，可靠性強，可行性高，智能方便，可以在各大高校推廣使用。

[參考文獻]

[1]侯建設.高校后勤精細化管理[M].成都：西南交通大學出版社，2009.

[2]馮建華.單片機應用系統(tǒng)設計與產品開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3]孫小春.基于單片機的智能限電器設計[J].海南大學學報（自然科學版），2014（2）：142-146.

[4]孫曉寧.基于單片機的太陽光自動跟蹤系統(tǒng)研究[D].石家莊：河北大學，2015.

[5]邵奎.基于RS-485的分布式多總線通信系統(tǒng)設計[D].南京：南京理工大學，2013.endprint