基于單片機(jī)的學(xué)生公寓空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

吳翠娟

摘要：改文設(shè)計了一個基于單片機(jī)處理器的用于學(xué)生公寓的空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠幫助學(xué)校統(tǒng)一監(jiān)控管理學(xué)生公寓的空調(diào)運(yùn)行，有夏季和冬季兩種控制模式，具有定時通斷公寓空調(diào)供電插座群電源，根據(jù)公寓實際溫度通斷空調(diào)供電插座群電源的功能，并具有公寓無人狀態(tài)下自動切斷空調(diào)供電插座群電源的功能。應(yīng)用本系統(tǒng)對學(xué)生公寓的空調(diào)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控管理，具有定時通斷、溫度控制、節(jié)約電能等特點，使學(xué)生公寓的空調(diào)運(yùn)行管理更具人性化和智能化。

關(guān)鍵詞：空調(diào)供電；插座群；定時通斷；溫度控制；節(jié)電

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）32-0205-03

1 概述

隨著家用電器的飛速發(fā)展，人們享受著科技進(jìn)步帶來的舒適的居住和生活環(huán)境，空調(diào)已進(jìn)入千家萬戶，各大學(xué)校的教室、學(xué)生公寓也都普遍安裝了空調(diào)。但是在空調(diào)帶給人們舒適環(huán)境的同時，無謂的電能浪費也大大增加。例如有的學(xué)生追求強(qiáng)烈的感官刺激，夏天將空調(diào)制冷溫度設(shè)定在20℃以下，冬天將制熱溫度設(shè)置在30℃以上，這不僅對學(xué)生的身體健康不利，還造成了電能的極大浪費；有的學(xué)生離開宿舍后，忘記及時關(guān)閉空調(diào)，同樣造成了電能的浪費。

因此，構(gòu)建一個學(xué)生公寓的空調(diào)供電插座群智能監(jiān)控系統(tǒng)，對公寓的空調(diào)供電插座實現(xiàn)智能化監(jiān)控和管理，對于空調(diào)運(yùn)行的人性化管理和電能節(jié)約具有現(xiàn)實意義和實用價值。

本文設(shè)計了一個基于ARM的學(xué)生公寓空調(diào)供電插座群智能監(jiān)控系統(tǒng)，可對學(xué)生公寓內(nèi)每個房間的空調(diào)供電插座進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)室內(nèi)溫度在空調(diào)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍內(nèi)時，空調(diào)供電插座通電，學(xué)生可以開啟使用空調(diào)，否則空調(diào)供電插座斷電，無法使用空調(diào)設(shè)備。

空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)分為夏季和冬季兩種控制模式，冬季模式時，當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時，允許開啟空調(diào)制熱，但室內(nèi)溫度高于國家對建筑物空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20℃時，將自動關(guān)閉空調(diào)；夏季模式時，當(dāng)環(huán)境溫度高30℃時，允許開啟空調(diào)制冷，但室內(nèi)溫度低于國家對建筑物空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的26℃時，將自動關(guān)閉空調(diào)。達(dá)到舒適又節(jié)能的目的。

在空調(diào)開啟的狀態(tài)下，監(jiān)控宿舍內(nèi)是否有人，如果超過15分鐘沒有人，空調(diào)供電插座自動斷電，保證學(xué)生離開宿舍時忘記關(guān)閉空調(diào)的情況下，能自動關(guān)閉空調(diào)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。本系統(tǒng)還具有控制空調(diào)開關(guān)時間的功能，便于在日常教學(xué)時間空調(diào)使用的管理。

2 空調(diào)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖

本空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)由單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，模塊電路由設(shè)置電路、溫度采集電路、人體感應(yīng)電路、實時時間電路、單片機(jī)主控電路、插座控制電路、顯示電路、報警電路等構(gòu)成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1中，主控電路由單片機(jī)構(gòu)成，是系統(tǒng)的核心部分，用于控制各模塊電路的協(xié)調(diào)工作；實時時間電路為系統(tǒng)提供實時時間；設(shè)置電路用來設(shè)置空調(diào)工作的溫度范圍、開機(jī)時間、實時時間等參數(shù)的設(shè)定；人體感應(yīng)電路用于檢測宿舍是否有人；溫度采集電路實時采集宿舍內(nèi)環(huán)境的溫度；開關(guān)控制電路用來控制空調(diào)電源的通斷；顯示電路用來顯示時間、環(huán)境溫度等參數(shù)；報警電路用于空調(diào)運(yùn)行開關(guān)狀態(tài)的提示。

3 系統(tǒng)硬件電路

空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)由主控電路、設(shè)置電路、溫度采集電路、人體感應(yīng)電路、實時時間電路、主控電路、插座控制電路、顯示電路、報警電路等組成。

主控電路由ARM單片機(jī)最小系統(tǒng)及外圍接口電路構(gòu)成，設(shè)置電路由按鍵電路構(gòu)成，插座通斷控制電路由繼電器驅(qū)動電路構(gòu)成，顯示電路采用液晶顯示，電路結(jié)構(gòu)簡單，本文詳述溫度采集電路、人體感應(yīng)電路及實時時鐘電路。

3.1 溫度采集電路

溫度采集電路采用數(shù)字式溫度傳感器來檢測采集宿舍環(huán)境溫度，該溫度信息作為空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式、工作溫度的判斷依據(jù)。

是單線數(shù)字溫度傳感器，與主控制器連接時，采用單總線的接口方式，即僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。

DS18b20內(nèi)部含有64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器等主要功能，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

DS18B20傳感器內(nèi)部工作流程是在一個高溫度系數(shù)振蕩器的基礎(chǔ)上來確定一個門周期，內(nèi)部的計數(shù)器就可以在門周期對一個低溫度系數(shù)的溫度振蕩器的脈沖變化進(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。

溫度采集電路如圖3所示，傳感器測量的環(huán)境溫度值送到單片機(jī)的P1.1口。

3.2 人體感應(yīng)電路

人體感應(yīng)電路的功能：一是當(dāng)宿舍環(huán)境溫度在空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)時，判斷宿舍是否有人，如果有人則接通空調(diào)供電插座電源，允許空調(diào)運(yùn)行；二是空調(diào)運(yùn)行的狀態(tài)下，判斷宿舍是否有人，宿舍無人超過系統(tǒng)規(guī)定時間，則自動切斷空調(diào)供電插座電源。

人體感應(yīng)電路采用紅外熱釋電傳感器模塊DYP-ME003實現(xiàn)。DYP-ME003模塊有3個引腳，如圖4所示，VCC接+5V直流電源，GND接地，OUT為輸出引腳，當(dāng)檢測到有人時為高電平，無人則為低電平。

3.3 實時時鐘電路

實時時鐘電路的功能是產(chǎn)生實時日期和時鐘，用于空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)的定時控制，并作為夏季和冬季控制模式切換的依據(jù)，可以根據(jù)各地區(qū)溫度情況調(diào)整設(shè)置，如每年的11月份到4月份，為冬季監(jiān)控模式，5月份到10月份為夏季模式。

實時時鐘電路采用DS1302實時時鐘芯片實現(xiàn)。DS1302通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，產(chǎn)生實時時間信息。單片機(jī)比對實時時間和設(shè)置好的定時通斷時間，當(dāng)達(dá)到定時時間時，發(fā)出控制命令，控制空調(diào)電源插座的通斷。

時鐘模塊電路如圖5所示。

圖中，DS1302為實時時鐘芯片，Y2為專用的32768HZ的時鐘晶體，P2為3V的紐扣備用電池，當(dāng)系統(tǒng)掉電時，使得時鐘芯片依然能與實時時間保持一致。D2二極管可防止主電源的電流倒灌電池，從而增加電池壽命。

4 系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)軟件首先進(jìn)行初始化工作，然后讀取環(huán)境溫度、當(dāng)前時間、是否有人在宿舍活動等信息，并判斷空調(diào)運(yùn)行的夏季或冬季模式，并檢測是否滿足空調(diào)運(yùn)行的條件，如果滿足，則接通空調(diào)供電插座電源。在空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)下，夏季模式時，檢測的制冷溫度是否低于26℃，低于則報警提示使用者調(diào)高空調(diào)控制器的制冷溫度，否則延時持續(xù)5分鐘低于26℃的狀態(tài)時，關(guān)閉空調(diào)電源；冬季模式時，檢測檢測的制熱溫度是否高于20℃，高于則報警提示使用者調(diào)低空調(diào)控制器的制熱溫度，否則延時持續(xù)5分鐘高于20℃的狀態(tài)時，關(guān)閉空調(diào)電源； 檢測宿舍是否有人，無人超過設(shè)定的時間，則自動切斷空調(diào)供電插座電源，關(guān)閉空調(diào)。

系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

5 結(jié)論

本空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)測試，可以在環(huán)境溫度為低于10℃，高于30℃時允許空調(diào)運(yùn)行，并且當(dāng)使用者將空調(diào)的運(yùn)行溫度設(shè)置為超過國家對建筑物空調(diào)使用溫度控制標(biāo)準(zhǔn)（夏季不得低于26℃，冬季不得高于20℃）時，給出警告提示，如果沒有在規(guī)定時間內(nèi)設(shè)置空調(diào)正確的控制溫度，則自動關(guān)閉空調(diào)電源，達(dá)到節(jié)能目的。本空調(diào)運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)可以應(yīng)用于智能小區(qū)的智能家居系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

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【通聯(lián)編輯：張薇】