基于單片機原理的實(shí)驗室智能控制系統研究

摘要：為了方便教師實(shí)時(shí)了解實(shí)驗室(教室)人數，采用STC89C52單片機設計了實(shí)驗室智能控制系統。該系統智能地控制實(shí)驗室中各種電源的使用情況，可實(shí)現以下功能：通過(guò)中斷方式使用紅外光電開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)采集實(shí)驗室人數并根據人數控制實(shí)驗室中燈和實(shí)驗桌的電源，通過(guò)電腦控制實(shí)驗室電源的使用情況；并采用2次定時(shí)刷新鬧鐘定時(shí)的方式和時(shí)鐘芯片與單片機內部定時(shí)器混合控制方式，使得到達放學(xué)時(shí)間自動(dòng)播放音樂(lè )，延時(shí)關(guān)閉電源，同時(shí)能顯示實(shí)驗室溫度，可通過(guò)電腦查詢(xún)實(shí)驗室人數等。該系統現已完成，實(shí)驗表明達到了預期效果。
關(guān)鍵詞：單片機；智能實(shí)驗室；紅外；定時(shí)光電開(kāi)關(guān)；內部定時(shí)器

21世紀，能源問(wèn)題日益突出，節能環(huán)保已成為諸多設計所必須考慮的一大因素。該設計就是以有效提高實(shí)驗室燈光和各種電源利用率為目的，采用紅外計數，在不同情況下分別提供相應的照明和電源的供給，避免了人少開(kāi)多組燈、使用多組儀器以及人員離開(kāi)忘記關(guān)閉儀器等浪費，節能的同時(shí)，提高設備使用壽命，可有效地達到自動(dòng)關(guān)閉電源目的，有效地防止火災，同時(shí)該系統還可以顯示房間例如溫度、日期等詳細情況。該系統可在圖書(shū)館、教室、會(huì )議室、作為大型公共場(chǎng)所的中央控制設備。

1 系統總體設計以及功能
該系統通過(guò)單片機控制DS12C887時(shí)鐘芯片準確計，利用DS18B20(1-Wire)與單片機相連實(shí)現溫度采集，并在液晶芯片12864上顯示出時(shí)鐘和室內溫度，控制溫度，當溫度達到25℃時(shí)自動(dòng)閉合空調電源，允許使用空調。一般情況下，在計時(shí)到7：00(可以人工以獨立按鍵方式調節時(shí)間)時(shí)，自動(dòng)播放起始音樂(lè )并閉合總電源，測試房間內溫度。當計時(shí)到21：55時(shí)播放結束音樂(lè )，并在22：00時(shí)關(guān)閉整個(gè)系統。在平時(shí)控制電源時(shí)，該系統將有兩種工作狀態(tài)：自動(dòng)控制狀態(tài)和強制狀態(tài)。
1．1 自動(dòng)控制狀態(tài)(默認狀態(tài))
在實(shí)驗室門(mén)口安裝兩個(gè)紅外傳感器控制，分別設為1和2，當人先通過(guò)1再通過(guò)2的時(shí)候設為進(jìn)人，反之則為出人。使用光敏電阻，當室內亮度低于正常要求且有人時(shí)，可開(kāi)通照明電路。當有人在天氣較暗(或者夜晚)進(jìn)入實(shí)驗室時(shí)，該系統通過(guò)繼電器控制實(shí)驗桌電源的開(kāi)關(guān)和照明電路的閉合狀態(tài)。當人數為1～10人時(shí)，開(kāi)實(shí)驗室其中的1盞燈，5張實(shí)驗桌電源閉合，可供使用；人數在10～20時(shí)，開(kāi)2盞燈，10張實(shí)驗桌可供使用……根據進(jìn)入實(shí)驗室人數智能確定可供使用實(shí)驗桌數量以及當天氣較暗時(shí)，所開(kāi)日光燈數目。當人數重新變?yōu)榱愫螅?0 min后，喇叭報警，繼電器閉合，燈滅，所有已開(kāi)實(shí)驗桌電源斷開(kāi)。直到再次有人進(jìn)入，繼電器閉合，實(shí)驗桌電源重新閉合。當室內照明充足，則照明電路不工作，實(shí)驗桌電源可控。
1．2 強制狀態(tài)
該狀態(tài)是通過(guò)計算機總機(上位機)對單片機(下位機)進(jìn)行數據傳送。將上位機與單片機連接在一起，通過(guò)串口通信對單片機進(jìn)行控制，以達到控制實(shí)驗室電源使用數量目的，可使實(shí)驗室照明電路與實(shí)驗桌電路全通，全滅或按要求指定特定的電源導通，并可通過(guò)輸入指令對單塊單片機進(jìn)行查詢(xún)，實(shí)時(shí)在上位機屏幕上顯示實(shí)驗室人數。

2 系統硬件設計
2．1 硬件組成以及各器件功能介紹
智能實(shí)驗室控制系統的硬件核心器件由單片機STC89C52芯片、E18-B03N1反射式紅外光電開(kāi)關(guān)、音樂(lè )芯片、單總線(xiàn)溫度傳感器DS18B20、時(shí)鐘芯片DS12C887和帶有字庫的12864液晶組成。其中E18-B03N1反射式紅外光電開(kāi)關(guān)，采用反射式，測量可調節距離大于30 cm，共有3根引腳1根接電源，一根接地，另一根數據線(xiàn)，當沒(méi)有感應閉合時(shí)，數據線(xiàn)為高電平，當有人經(jīng)過(guò)時(shí)，數據線(xiàn)變低電平。DS12C887：時(shí)鐘芯片，當電源掉電，內部時(shí)鐘依然走動(dòng)，有時(shí)鐘定時(shí)功能，可在24 h內指定時(shí)間鬧鈴報警。DS18B20：為單總線(xiàn)溫度傳感器，實(shí)時(shí)將溫度信號讀入，精度0．5℃。
2．2 系統硬件各部分工作原理及介紹
硬件框圖如圖1所示。