基于校園寢室燈控管理系統的設計

豐俊++常繼彬

摘 要：文章以STC89C52單片機為系統的中央處理器，使用PC上位機、RS-485串行通信總線、采集光照信息的GL5516光敏電阻、數碼管顯示器和BISS0001紅外熱釋電檢測芯片等器件，設計了寢燈熄燈智能控制、寢室開關燈匿名表決和寢燈無人自動關閉等功能，經過仿真和調試，實現了設計要求。

關鍵詞：單片機應用；智能控制；寢室節電；串行通信

隨著經濟社會的高速發展，我國高等教育已進入大眾化階段，日益增多的在校大學生給高校的各項管理帶來了前所未有的挑戰。如何確保高校大學生寢室晚上按時熄燈和減少電能的浪費，是當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的設計，將有助于解決高校學生寢室電力資源的浪費，改善學生的睡眠質量，優化高校的管理模式[1]。

1 寢室燈控管理系統的結構

1.1 系統的整體結構

基于校園寢室燈控管理系統的上位機通過RS-485串行總線與每間寢室的集成電路模塊中的STC89C52單片機實現通信。I2C總線不能用于長距離的數據傳輸和通信，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，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 集成電路模塊的結構

集成電路模塊的結構框如圖1所示。每間寢室的集成電路模塊主要由STC89C52單片機、GL5516光敏電阻、熱釋電紅外檢測、繼電器和蜂鳴器等器件構成。單片機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發送的信號進行處理，進而產生控制寢燈的電平信號[3-4]。

2 校園寢室燈控管理系統的設計

2.1 RS-485串行總線與STC89C52單片機連接

RS-485需要一個轉換器，即可直接與單片機的通用異步收發傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）串口連接，使用完全相同的異步串行通信協議。RS-485是差分通信，接收數據和發送數據不能同時進行，是一種半雙工通信。MAX485轉換器的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，不發送數據時，保持低電平，MAX485處于接收狀態；發送數據時，把這兩個引腳置高電平，發送完畢后再置低電平。在MAX485的A和B引腳之間并聯一個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連接電路組成。運放輸出與單片機P1.2引腳連接，上位機開啟以后可以實時監測每間寢室集成電路模塊中單片機P1.2引腳的電平狀態。到了設置的熄燈時間，若寢室沒有熄燈，單片機P1.2為高電平狀態，觸發單片機內部計時器開始計時，同時蜂鳴器開啟，若2 min之后寢室仍然沒有熄燈，蜂鳴器關閉，單片機控制繼電器強制熄燈。上位機根據每間寢室集成電路中單片機P1.2引腳的電平信號，分析各個寢室的熄燈情況。

2.3 寢室開關燈匿名表決

寢室開關燈經常會出現一種“眾口難調”的現象，為此設計了一種寢室開關燈匿名表決電路。當寢室需要進行開關燈表決時，每人根據自己的意愿，同意關燈按下開關，不同意關燈則不按下開關。表決結束后，開關產生相應的電平信號，單片機檢測開關產生的低電平信號，經過處理后，由數碼管顯示參與表決同意關燈的總人數。當數碼管顯示的人數大于或等于寢室參與表決總人數的1/2時，手動關閉寢室照明燈，否則不關燈。

2.4 寢燈無人自動關閉

學生在離開寢室時經常忘記關燈，為解決寢室“長明燈”問題，設計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，廣泛應用于各類節能照明場所。芯片工作于可重復觸發模式，當寢室內有人移動時，BISS0001芯片3管腳視圖對象（View Object，VO）一直保持高電平狀態，當寢室內無人移動時，BISS0001芯片3管腳VO變為低電平，觸發單片機內部計時器開始計時，若30 s內，VO仍然沒有電平跳變，則單片機通過控制繼電器關閉寢室照明燈。

2.5 校園寢室燈控管理系統的軟件設計

系統的軟件設計基于單片機為中央處理器，實現熄燈智能控制，寢室成員表決熄燈，無人寢燈自動關閉等功能。

3 校園寢室燈控管理系統的仿真測試和數據分析

3.1 熄燈智能控制仿真測試

使用Multisim對熄燈智能控制的設計進行了仿真測試，仿真測試結果如圖2所示。仿真測試結果與理論完全一致。GL5516光敏電阻阻值隨著光照強度的增強而減小，當無光照或者是光照較弱時，輸出高電平，當光照較強時，輸出低電平。

3.2 寢室開關燈匿名表決仿真測試

使用Multisim對寢室開關燈匿名表決的設計進行了仿真測試。仿真測試結果與理論完全一致。以6人參與表決為例，數碼管可以實時顯示任意參與表決同意關燈的總人數。

4 結語

校園寢室燈控管理系統可以實現熄燈智能控制、寢室開關燈匿名表決和寢燈無人自動關閉等功能，經過仿真和調試，達到了預期的效果，可以解決高校學生寢室電能浪費的問題。系統設計選材廣泛，成本低廉，可靠性強，可行性高，智能方便，可以在各大高校推廣使用。

[參考文獻]

[1]侯建設.高校后勤精細化管理[M].成都：西南交通大學出版社，2009.

[2]馮建華.單片機應用系統設計與產品開發[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3]孫小春.基于單片機的智能限電器設計[J].海南大學學報（自然科學版），2014（2）：142-146.

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

[5]邵奎.基于RS-485的分布式多總線通信系統設計[D].南京：南京理工大學，2013.endprint