豐俊++常繼彬

摘 要：文章以STC89C52單片機(jī)為系統(tǒng)的中央處理器，使用PC上位機(jī)、RS-485串行通信總線、采集光照信息的GL5516光敏電阻、數(shù)碼管顯示器和BISS0001紅外熱釋電檢測芯片等器件，設(shè)計(jì)了寢燈熄燈智能控制、寢室開關(guān)燈匿名表決和寢燈無人自動關(guān)閉等功能，經(jīng)過仿真和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)應(yīng)用；智能控制；寢室節(jié)電；串行通信

隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，我國高等教育已進(jìn)入大眾化階段，日益增多的在校大學(xué)生給高校的各項(xiàng)管理帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。如何確保高校大學(xué)生寢室晚上按時熄燈和減少電能的浪費(fèi)，是當(dāng)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(shè)計(jì)，將有助于解決高校學(xué)生寢室電力資源的浪費(fèi)，改善學(xué)生的睡眠質(zhì)量，優(yōu)化高校的管理模式[1]。

1 寢室燈控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

基于校園寢室燈控管理系統(tǒng)的上位機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)通信。I2C總線不能用于長距離的數(shù)據(jù)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(yuǎn)，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(jié)構(gòu)

集成電路模塊的結(jié)構(gòu)框如圖1所示。每間寢室的集成電路模塊主要由STC89C52單片機(jī)、GL5516光敏電阻、熱釋電紅外檢測、繼電器和蜂鳴器等器件構(gòu)成。單片機(jī)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(jī)發(fā)送的信號進(jìn)行處理，進(jìn)而產(chǎn)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(shè)計(jì)

2.1 RS-485串行總線與STC89C52單片機(jī)連接

RS-485需要一個轉(zhuǎn)換器，即可直接與單片機(jī)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(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)不能同時進(jìn)行，是一種半雙工通信。MAX485轉(zhuǎn)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(jī)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(shù)據(jù)時，保持低電平，MAX485處于接收狀態(tài)；發(fā)送數(shù)據(jù)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(lián)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(jī)連接電路組成。運(yùn)放輸出與單片機(jī)P1.2引腳連接，上位機(jī)開啟以后可以實(shí)時監(jiān)測每間寢室集成電路模塊中單片機(jī)P1.2引腳的電平狀態(tài)。到了設(shè)置的熄燈時間，若寢室沒有熄燈，單片機(jī)P1.2為高電平狀態(tài)，觸發(fā)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時器開始計(jì)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(guān)閉，單片機(jī)控制繼電器強(qiáng)制熄燈。上位機(jī)根據(jù)每間寢室集成電路中單片機(jī)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(guān)燈匿名表決

寢室開關(guān)燈經(jīng)常會出現(xiàn)一種“眾口難調(diào)”的現(xiàn)象，為此設(shè)計(jì)了一種寢室開關(guān)燈匿名表決電路。當(dāng)寢室需要進(jìn)行開關(guān)燈表決時，每人根據(jù)自己的意愿，同意關(guān)燈按下開關(guān)，不同意關(guān)燈則不按下開關(guān)。表決結(jié)束后，開關(guān)產(chǎn)生相應(yīng)的電平信號，單片機(jī)檢測開關(guān)產(chǎn)生的低電平信號，經(jīng)過處理后，由數(shù)碼管顯示參與表決同意關(guān)燈的總?cè)藬?shù)。當(dāng)數(shù)碼管顯示的人數(shù)大于或等于寢室參與表決總?cè)藬?shù)的1/2時，手動關(guān)閉寢室照明燈，否則不關(guān)燈。

2.4 寢燈無人自動關(guān)閉

學(xué)生在離開寢室時經(jīng)常忘記關(guān)燈，為解決寢室“長明燈”問題，設(shè)計(jì)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(yīng)用于各類節(jié)能照明場所。芯片工作于可重復(fù)觸發(fā)模式，當(dāng)寢室內(nèi)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(dāng)寢室內(nèi)無人移動時，BISS0001芯片3管腳VO變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時器開始計(jì)時，若30 s內(nèi)，VO仍然沒有電平跳變，則單片機(jī)通過控制繼電器關(guān)閉寢室照明燈。

2.5 校園寢室燈控管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)為中央處理器，實(shí)現(xiàn)熄燈智能控制，寢室成員表決熄燈，無人寢燈自動關(guān)閉等功能。

3 校園寢室燈控管理系統(tǒng)的仿真測試和數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真測試，仿真測試結(jié)果如圖2所示。仿真測試結(jié)果與理論完全一致。GL5516光敏電阻阻值隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，當(dāng)無光照或者是光照較弱時，輸出高電平，當(dāng)光照較強(qiáng)時，輸出低電平。

3.2 寢室開關(guān)燈匿名表決仿真測試

使用Multisim對寢室開關(guān)燈匿名表決的設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真測試。仿真測試結(jié)果與理論完全一致。以6人參與表決為例，數(shù)碼管可以實(shí)時顯示任意參與表決同意關(guān)燈的總?cè)藬?shù)。

4 結(jié)語

校園寢室燈控管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)熄燈智能控制、寢室開關(guān)燈匿名表決和寢燈無人自動關(guān)閉等功能，經(jīng)過仿真和調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的效果，可以解決高校學(xué)生寢室電能浪費(fèi)的問題。系統(tǒng)設(shè)計(jì)選材廣泛，成本低廉，可靠性強(qiáng)，可行性高，智能方便，可以在各大高校推廣使用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]侯建設(shè).高校后勤精細(xì)化管理[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2009.

[2]馮建華.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3]孫小春.基于單片機(jī)的智能限電器設(shè)計(jì)[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（2）：142-146.

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

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