曲阜師范大學物理工程學院 張杰克 張曉彤

基于GSM系統(tǒng)的智能教室電氣自動化控制系統(tǒng)

曲阜師范大學物理工程學院 張杰克 張曉彤

系統(tǒng)以單片機STC89C52、光線強度檢測電路、紅外對管檢測電路、時鐘電路、LCD1602顯示電路、GSM模塊SIM800電路等，模擬一套比較完整的基于GSM的智能教室控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)單片機作為控制模塊的核心部件，用光敏電阻構(gòu)成的電路檢測光的強度；用紅外對管檢測人體的存在并完成人數(shù)的統(tǒng)計，總體分為自動控制和手動控制兩部分。在自動控制的情況下，通過對人體作用于紅外對管產(chǎn)生的信號和環(huán)境光作用于光敏電阻產(chǎn)生的信號的識別與判斷，完成對教室燈光的智能控制，此外教師人員還可通過GSM模塊以短信形式隨時隨地查看教室人數(shù)，一定程度上達到節(jié)能目的，避免了教室用電的大量浪費，同時也有一定的管理以及防盜功能。

STC89C52；GSM模塊SIM800；自動控制；人數(shù)的統(tǒng)計；短信

0 引言

隨著科技日益發(fā)達與生活質(zhì)量的不斷提升，學校對學生的教學管理系統(tǒng)的要求也不再僅僅局限于人為管理?，F(xiàn)今也越來越提倡低碳生活，節(jié)約能源已成為一種全球共識，作為培養(yǎng)社會精英的高校更應起到榜樣的作用。本文具體介紹了以單片機和GSM模塊為核心的智能教室控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)成本較低、可信度高、較為真實地模擬出對教室的管理和控制，對實際教室的節(jié)能和班級管理有一定的借鑒意義。

1 方案選擇

1.1 CPU控制模塊方案設(shè)計

方案一：采用32位的LPC2138做控制CPU，LPC2138采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核的ARM芯片，擁有RDI標準接口、同步Flash刷新技術(shù)以及影射寄存器窗口等三項國內(nèi)ARM仿真器設(shè)計最領(lǐng)先的3種技術(shù)，速度較快并且可以達到很高的實時性，但價格較昂貴。

方案二：采用宏晶科技有限公司的STC89C52單片機作為控制CPU，此類單片機擁有2路PCA捕獲/匹配，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度可達到25萬次每秒，價格便宜，經(jīng)常用于各種儀器和工業(yè)控制。

綜上所述，由于使用ARM芯片控制需對所有的接口做電平轉(zhuǎn)換，增加了硬件電路的復雜性，在同樣能夠完成功能的前提下考慮到性價比與設(shè)計的便利性本系統(tǒng)選擇使用STC89C52的單片機作為CPU的控制核心。

1.2 GSM模塊方案設(shè)計

方案一：西門子公司的TC35是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊。它易于集成，可以在較短的時間內(nèi)開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在遠程監(jiān)控和無線公話以及無線POS終端等領(lǐng)域能看到TC35無線模塊在發(fā)揮作用，但是產(chǎn)品尺寸較大，不利于搭建電路。

方案二：SIM800模塊可支持4頻GSM/GPRS，工作頻段為：GSM850、EGSM900、DCS1800和PCS1900Mhz,模塊的尺寸僅有15.8*17.8*2.4mm，易集成，幾乎可以滿足所以用戶應用中的空間尺寸的要求，此外采用省電技術(shù)設(shè)計，休眠模式下耗電量低至0.7毫安。

綜上，考慮SIM800的低功耗和小尺寸，我們采用方案二。

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)以STC89C52單片機為控制核心，單片機接口連接的主要電路，有紅外對管，光線檢測部分，GSM模塊等電路，以按鍵操作切換功能。

2.1 光線檢測電路

LM339是一個運算放大器，這里的作用的作為電壓比較器用，電壓比較器的主要原理是當輸入電壓V+>V-時，輸出高電平，當輸入電壓V+

LIGHT1為一種光敏電阻，光亮的時候，光敏電阻阻值較小，分到的電壓低，此時4腳電壓低于5腳電壓的2.5V，V+>V-，比較器2腳輸出高電平；黑暗的時候，光敏電阻阻值較大，分到的電壓高，電壓是大于2.5V的，所以V+

2.2 紅外對管檢測電路

這里同樣將LM339作為電壓比較器用。LED6和LED7為紅外接收管，LED8和LED9為紅外發(fā)射管，R21和R22限流保護發(fā)射管，R12和R13是接收端的上拉電阻，為了能夠得到高電平。有遮擋的時候，紅外光通過遮擋物發(fā)射被接收管接收到，接收管導通接地，此時電壓低于輸入端的2.5V，V+V-，輸出高電平，LED指示燈滅。單片機靠判斷低電平來知道有東西遮擋或經(jīng)過。

2.3 GSM模塊電路

選用的SIM800采用5伏電壓供電，其中兩個引腳接單片機的串口引腳，實現(xiàn)通信，當用戶通過手機和GSM進行通信時，GSM模塊會自動掛斷電話，隨后以短信的形式向用戶發(fā)送教室人數(shù)。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

軟件實現(xiàn)方面基于Keil和Proteus軟件，能正常運行。硬件方面考慮到設(shè)計成本以及電路布線中并未涉及高頻線的問題，故采用萬用板進行手工焊接，硬件電路能在常溫下正常運行，實現(xiàn)預期的功能和效果。如圖1，此時統(tǒng)計人數(shù)加到14人，將系統(tǒng)置于黑暗環(huán)境下，并開啟自動擋，此時人數(shù)由于小于20人，故亮兩盞燈，并在手機與GSM通信后將人數(shù)信息以短信形式發(fā)給手機，此外還有日期和時間的顯示。

圖1 14人在黑暗環(huán)境下

4 結(jié)語

該基于GSM的智能教室系統(tǒng)的控制是以STC89C52單片機芯片為核心，通過有關(guān)電路的驅(qū)動，完成對教室照明系統(tǒng)的控制，采用多個LED二極管的暗滅，顯示屏的顯示及GSM模塊跟手機的通信來反映整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室燈光的控制，還有人數(shù)統(tǒng)計的功能可方便教師管理。本控制系統(tǒng)能較真實地模擬了一個智能教室控制系統(tǒng)的運行，對實際應用比較有意義。

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