基于STC單片機(jī)教室智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

吳思藝 楊博

【摘?要】當(dāng)前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展更多地依賴(lài)于能源。然而，有限的資源量無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求，提高資源利用率或?qū)ふ蚁嚓P(guān)替代品都是解決能源短缺的有效途徑。校園里屢見(jiàn)燈火通明，教室卻空無(wú)一人的現(xiàn)象。本文針對(duì)校園教室照明浪費(fèi)的問(wèn)題，對(duì)STC單片機(jī)教室燈光智能控制系統(tǒng)進(jìn)行探討，對(duì)于如何避免浪費(fèi)用電進(jìn)行研究，分析了教室照明智能控制系統(tǒng)的原理，在此基礎(chǔ)上，提出了STC單片機(jī)教室照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。

【關(guān)鍵詞】STC單片機(jī);智能控制系統(tǒng);自動(dòng)控制;手動(dòng)控制

引言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，隨之而來(lái)的浪費(fèi)現(xiàn)象也日益突出，有限的資源無(wú)法滿(mǎn)足日益激增的需求。尤其如今提倡低碳生活，節(jié)約能源已成為人們共識(shí)。因此，有必要在教室中使用照明控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源。目前，國(guó)內(nèi)外照明智能控制系統(tǒng)已有應(yīng)用，但其系統(tǒng)還不是很完善，還存在很多不足，主要依靠人工管理。

傳統(tǒng)的教室照明系統(tǒng)在主電源通過(guò)配電箱后，主要分為幾個(gè)支路。這些分支分別向燈具供電，然后通過(guò)照明中串聯(lián)的單雙極開(kāi)關(guān)來(lái)通斷供電線(xiàn)路。因此，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理的自動(dòng)控制?？傊S著現(xiàn)代自動(dòng)化水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，教室智能燈光控制系統(tǒng)正朝著多樣化、智能化的方向發(fā)展。

1.教室燈光控制設(shè)計(jì)的總體思想及基本原理

該控制系統(tǒng)采用STC單片機(jī)作為主控模塊的核心。為了檢測(cè)人體的存在，采用了熱釋光紅外人體傳感器。光敏電阻三極管用于收集和探測(cè)周?chē)h(huán)境光。在整個(gè)智能控制系統(tǒng)中，使用人體傳感器探測(cè)人體是否存在，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析和處理，控制整個(gè)教室的照明。系統(tǒng)不僅有自動(dòng)控制部分，還有手動(dòng)控制部分。

如果將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到自動(dòng)控制模式，當(dāng)教室光線(xiàn)較弱時(shí)，光敏三極管通過(guò)感應(yīng)得到教室的光強(qiáng)度信號(hào)，送單片機(jī)處理，最后輸出開(kāi)燈指令。同時(shí)，系統(tǒng)可以將開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間調(diào)整到與學(xué)校作息時(shí)間相同的時(shí)間，從而達(dá)到了節(jié)能的效果。

如將系統(tǒng)調(diào)至手動(dòng)模式時(shí)，通過(guò)按下燈光開(kāi)關(guān)按鈕，即可打開(kāi)教室的燈光，達(dá)到強(qiáng)制開(kāi)燈的狀態(tài)。

2.硬件設(shè)計(jì)

該智能控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，包括環(huán)境光采集、按鍵模塊、液晶顯示模塊、紅外電路模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)電源電路、時(shí)鐘電路等。

2.1 STC單片機(jī)核心控制模塊

在整個(gè)智能控制系統(tǒng)中，核心控制器主要用于接收兩個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè)是接收定時(shí)時(shí)間是否到達(dá)的數(shù)據(jù)，另一個(gè)是接收教室照明是否充足的數(shù)據(jù)。控制器對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)燈、并可以檢查進(jìn)入教室人數(shù)。

2.2 系統(tǒng)供電電路

該系統(tǒng)采用市電220V，經(jīng)變壓器變?yōu)?V，經(jīng)二極管整流，電容濾波，穩(wěn)壓器LM339，最終得到+5V的供電。

2.3 人體傳感器

人體傳感器具有價(jià)格低廉、功耗小、體積小的特點(diǎn)。但環(huán)境溫度接近人體溫度時(shí)，傳感器的靈敏度會(huì)降低，且容易受到外界干擾和紅外線(xiàn)穿透力差，系統(tǒng)在編程過(guò)程中會(huì)延長(zhǎng)人體數(shù)據(jù)采集時(shí)間。

2.4 周?chē)h(huán)境光線(xiàn)采集

光電三極管具有將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大電信號(hào)的功能，具有靈敏度高、體積小、電流小的特點(diǎn)。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度較高時(shí)，光電三極管呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，三極管的基極電壓升高，集電極輸出低電平。如果集電極輸出高電平，光電三極管顯示高電阻狀態(tài)。當(dāng)周?chē)h(huán)境光線(xiàn)足夠明亮?xí)r，無(wú)論人體是否存在，系統(tǒng)都不會(huì)開(kāi)燈。當(dāng)周?chē)h(huán)境光線(xiàn)不夠明亮?xí)r，當(dāng)人體存在時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)燈。

2.5 時(shí)鐘電路

根據(jù)教室燈光滿(mǎn)足學(xué)校作息時(shí)間的規(guī)律，需要時(shí)間控制，并考慮停電時(shí)教室燈光的使用，所以系統(tǒng)采用充電能力強(qiáng)的時(shí)鐘芯片DS1302來(lái)設(shè)置年、月、日、時(shí)、分、秒。該時(shí)鐘芯片供電電壓低，只需三條線(xiàn)路即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信，精度高，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

2.6 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

繼電器由PNP型三極管驅(qū)動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)接通時(shí)，如果單片機(jī)p3.5和3.6處于低功率水平，則三極管的基極可以產(chǎn)生足夠的電流使三極管接通，繼電器吸合，從而帶動(dòng)負(fù)載并打點(diǎn)亮燈光。

2.7 按鍵模塊

按鍵電路采用單片機(jī)作為按鍵的信號(hào)輸入端口。按鍵時(shí)，呈現(xiàn)低電平。未按此鍵時(shí)，呈現(xiàn)高電平。通過(guò)檢測(cè)單片機(jī)端口電平的變化，可以確定按哪個(gè)鍵。在自動(dòng)控制的情況下，按鍵時(shí)液晶顯示屏上會(huì)顯示人數(shù)。當(dāng)教室里的人數(shù)超過(guò)10人時(shí)，燈就會(huì)完全亮起。當(dāng)教室里的人數(shù)少于10人時(shí)，教室里的燈只亮一半。在手動(dòng)控制的情況下，按鍵時(shí)教室的燈將完全亮起

2.8 晶液顯示模塊

為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，采用LCD1602液晶顯示屏顯示系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間和日期，以及進(jìn)出教室的人數(shù)等，為用戶(hù)提供詳細(xì)信息。以下是液晶顯示的流程圖：

3.結(jié)束語(yǔ)

STC單片機(jī)智能燈光控制主要以單片機(jī)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)教室燈光的智能控制，合理利用能源，有效降低教室用電量。在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行、穩(wěn)定可靠運(yùn)行的前提下，硬件設(shè)計(jì)中采用了性?xún)r(jià)比高的組件，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]靳達(dá).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 [M] .北京：人民郵電出版社，2003.93—97.

[2]張培培.教室智能燈光控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2020（08）：25.

[3]孫雪，崔曉梅，馬雪瀅，董玉華.智能家居燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2019，9（02）：235-238.

（作者單位：廣州工商學(xué)院電子信息工程系）