基于校园寝室灯控管理系统的设计

    丰俊++常继彬

    

    

    摘 要：文章以STC89C52单片机为系统的中央处理器，使用PC上位机、RS-485串行通信总线、采集光照信息的GL5516光敏电阻、数码管显示器和BISS0001红外热释电检测芯片等器件，设计了寝灯熄灯智能控制、寝室开关灯匿名表决和寝灯无人自动关闭等功能，经过仿真和调试，实现了设计要求。

    关键词：单片机应用；智能控制；寝室节电；串行通信

    随着经济社会的高速发展，我国高等教育已进入大众化阶段，日益增多的在校大学生给高校的各项管理带来了前所未有的挑战。如何确保高校大学生寝室晚上按时熄灯和减少电能的浪费，是当下高校后勤管理工作中亟待解决的问题。一种校园寝室灯控管理系统的设计，将有助于解决高校学生寝室电力资源的浪费，改善学生的睡眠质量，优化高校的管理模式[1]。

    1 寝室灯控管理系统的结构

    1.1 系统的整体结构

    基于校园寝室灯控管理系统的上位机通过RS-485串行总线与每间寝室的集成电路模块中的STC89C52单片机实现通信。I2C总线不能用于长距离的数据传输和通信，RS-232串行总线的传输速率和传输距离有限，接口电平值较高，通信易受干扰。RS-485通信速率快，通信距离远，采用差分通信，通信受到的干扰较小，因此，采用RS-485串行总线可以克服上述诸多不足之处[2]。

    1.2 集成电路模块的结构

    集成电路模块的结构框如图1所示。每间寝室的集成电路模块主要由STC89C52单片机、GL5516光敏电阻、热释电红外检测、继电器和蜂鸣器等器件构成。单片机可以分别对光敏电阻检测、红外检测和多人表决熄灯采集到的信号以及由上位机发送的信号进行处理，进而产生控制寝灯的电平信号[3-4]。

    2 校园寝室灯控管理系统的设计

    2.1 RS-485串行总线与STC89C52单片机连接

    RS-485需要一个转换器，即可直接与单片机的通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）串口连接，使用完全相同的异步串行通信协议。RS-485是差分通信，接收数据和发送数据不能同时进行，是一种半双工通信。MAX485转换器的6脚和7脚是RS-485通信中的A和B两个引脚，1脚和4脚分别与单片机的RXD（P3.0）和TXD（P3.1）引脚连接，2脚和3脚是方向引脚，把这两个引脚连接到一起，不发送数据时，保持低电平，MAX485处于接收状态；发送数据时，把这两个引脚置高电平，发送完毕后再置低电平。在MAX485的A和B引脚之间并联一个1 k的电阻，可以提高RS-485的抗干扰能力[5]。

    2.2 熄灯智能控制原理

    GL5516光敏电阻外围与单片机连接电路组成。运放输出与单片机P1.2引脚连接，上位机开启以后可以实时监测每间寝室集成电路模块中单片机P1.2引脚的电平状态。到了设置的熄灯时间，若寝室没有熄灯，单片机P1.2为高电平状态，触发单片机内部计时器开始计时，同时蜂鸣器开启，若2 min之后寝室仍然没有熄灯，蜂鸣器关闭，单片机控制继电器强制熄灯。上位机根据每间寝室集成电路中单片机P1.2引脚的电平信号，分析各个寝室的熄灯情况。

    2.3 寝室开关灯匿名表决

    寝室开关灯经常会出现一种“众口难调”的现象，为此设计了一种寝室开关灯匿名表决电路。当寝室需要进行开关灯表决时，每人根据自己的意愿，同意关灯按下开关，不同意关灯则不按下开关。表决结束后，开关产生相应的电平信号，单片机检测开关产生的低电平信号，经过处理后，由数码管显示参与表决同意关灯的总人数。当数码管显示的人数大于或等于寝室参与表决总人数的1/2时，手动关闭寝室照明灯，否则不关灯。

    2.4 寝灯无人自动关闭

    学生在离开寝室时经常忘记关灯，为解决寝室“长明灯”问题，设计了一种热释电红外检测电路。检测外围电路采用BISS0001芯片，该芯片有高性能的传感信号处理功能，可以自动快速开启各类日光灯，广泛应用于各类节能照明场所。芯片工作于可重复触发模式，当寝室内有人移动时，BISS0001芯片3管脚视图对象（View Object，VO）一直保持高电平状态，当寝室内无人移动时，BISS0001芯片3管脚VO变为低电平，触发单片机内部计时器开始计时，若30 s内，VO仍然没有电平跳变，则单片机通过控制继电器关闭寝室照明灯。

    2.5 校园寝室灯控管理系统的软件设计

    系统的软件设计基于单片机为中央处理器，实现熄灯智能控制，寝室成员表决熄灯，无人寝灯自动关闭等功能。

    3 校园寝室灯控管理系统的仿真测试和数据分析

    3.1 熄灯智能控制仿真测试

    使用Multisim对熄灯智能控制的设计进行了仿真测试，仿真测试结果如图2所示。仿真测试结果与理论完全一致。GL5516光敏电阻阻值随着光照强度的增强而减小，当无光照或者是光照较弱时，输出高电平，当光照较强时，输出低电平。

    3.2 寝室開关灯匿名表决仿真测试

    使用Multisim对寝室开关灯匿名表决的设计进行了仿真测试。仿真测试结果与理论完全一致。以6人参与表决为例，数码管可以实时显示任意参与表决同意关灯的总人数。

    4 结语

    校园寝室灯控管理系统可以实现熄灯智能控制、寝室开关灯匿名表决和寝灯无人自动关闭等功能，经过仿真和调试，达到了预期的效果，可以解决高校学生寝室电能浪费的问题。系统设计选材广泛，成本低廉，可靠性强，可行性高，智能方便，可以在各大高校推广使用。

    [参考文献]

    [1]侯建设.高校后勤精细化管理[M].成都：西南交通大学出版社，2009.

    [2]冯建华.单片机应用系统设计与产品开发[M].北京：人民邮电出版社，2005.

    [3]孙小春.基于单片机的智能限电器设计[J].海南大学学报（自然科学版），2014（2）：142-146.

    [4]孙晓宁.基于单片机的太阳光自动跟踪系统研究[D].石家庄：河北大学，2015.

    [5]邵奎.基于RS-485的分布式多总线通信系统设计[D].南京：南京理工大学，2013.