基于單片機的教室工作狀態指示器

西北民族大學電氣工程學院 王子謙

隨著電子技術產業的快速發展，電子技術的應用逐漸廣泛。自動控制技術的發展不僅改變了人們的技術視野，也改變了我們的生活和思維方式。智能控制技術已經并將繼續滲透到人們生產生活的各個領域，把我們帶入智能化的生活模式。

在當今社會，越來越多的產品在流水線和各種公共場所需要自動計數。基于單片機的自動計數器具有計數直觀、準確等優點，在各個行業得到了廣泛的發展。數字計數器有多種形式，包括接觸式和非接觸式。隨著科學技術的發展，非接觸式紅外計數器得到了廣泛的應用。本設計采用紅外發射接收管作為紅外計數器的信號檢測頭，具有價格低廉、抗干擾性好、結構簡單、操作方便等優點。設計的指導原則是利用紅外線發射管發射紅外線，紅外線接收管接收紅外線，并將紅外光放大、整流，形成低電平信號。當有人或物阻擋紅外光時，接收數碼管不接收紅外信號，放大器顯示高低電平變化。同時，將液位信號送入單片機進行控制和計數，并由數碼管顯示值。這樣，我們就可以計算出要計算的人或物的數量。

1 整體方案設計

本系統所研究的教室工作狀態指示器有硬件和軟件之分。硬件部分是整個系統執行的前提，為軟件的程序運行提供平臺。而軟件部分，對硬件端口產生的信號進行采集、分析、處理，從而實現指示器的各項功能。本次設計任務是利用STC89C52RC系列單片機、LCD1602液晶顯示、F3紅外對管傳感器、按鍵等器件設計一個教室工作狀態指示器，根據設計要求利用紅外傳感器的短距離感應，當有人靠近它一定范圍后，單片機讀取紅外傳感器的狀態，通過紅外傳感器的狀態，單片機在內部對它進行相應的處理，并將處理結果顯示在LCD1602上。操作人員還可以通過按鍵對指示器進行工作狀態的設定，并將之顯示在LCD1602上。首先將指示器的初始狀態設定為活動模式，通過按鍵，可以切換為自習或上課模式。該系統的控制是以AT89C51RC單片機為核心，通過相關電路的驅動，完成對系統設備的控制，采用一個LCD1602顯示整個系統的工作狀態，實現了對教室進出人員計數、顯示教室狀態的功能。系統在設計時，既實現了智能化控制，而且設置了手動－自動控制切換鍵，智能控制系統如果發生故障時，可以切換到手動操縱，避免影響教室狀態和進出人員計數的正常使用。

2 系統硬件設計

2.1 單片機最小系統

本設計采用STC89C52RC單片機作為整個系統的核心。STC89C52RC是STC公司生產的低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，采用8K字節系統可編程閃存。而STC89C52單片機在基于經典的MCS-51內核上相對傳統單片機的功能做了大量的改進。在單芯片上，智能8位CPU和系統內可編程閃存使STC89C52成為許多嵌入式控制應用系統高度靈活和有效的解決方案。其引腳圖如圖1所示。

2.2 紅外模塊設計

圖1 STC89C52RC引腳圖

紅外線傳感器的原理是能夠發出一種感應目標輻射的紅外線，利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器。紅外對管就是紅外線發射管與光敏接收管，或紅外線接收管，或紅外線接收頭配合在一起使用時候。在光譜中波長大于0.76μm的一段稱為紅外線。本次課程設計使用兩個對管紅外A、B，接收與發射端分別接電源和地，但是接收端還有一根信號線需要接回單片機，對應端口分別為P1.0和P1.1。兩個紅外通過感應的先后順序來判斷人員的進出，若感應順序為先A后B，則判斷有人進入，LCD顯示屏上對應的計數位加1，反之則有人出去，計數位減1。原理圖如圖2所示。

圖2 紅外模塊原理圖

2.3 按鍵模塊設計

本設計設定了3種工作模式，上課狀態、自習狀態和活動狀態。為方便操作人員自由切換工作模式，選用了3個外接按鍵接回單片機，對應端口為P3.0、P3.1、P3.2。按鍵體積小、成本低廉，對于該設計是一個不錯的選擇。P3.0為上課狀態，P3.1為自習狀態，P3.2為活動狀態，按下相應的模式狀態對應LCD顯示屏狀態顯示會有所改變，程序中還加入了10ms的防抖動代碼，避免誤觸。

圖3 LCD模塊原理圖

2.4 LCD模塊設計

LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏、控制驅動主電路及其擴展驅動電路，以及少量電阻、電容器件和結構件等在PCB板上安裝組成。本次設計選用的字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數字和符號等的點陣式LCD。一般的LCD1602字符型液晶顯示器的內部控制器大部分為HD44780，能夠顯示英文字母、阿拉伯數字、日文片假名和一般性符號。對于本設計是一個非常不錯的選擇，易于實現，且成本低。1602采用標準的16腳接口，如圖3所示。

3 系統軟件設計

教室狀態檢測器，通過按下狀態鍵，單片機內部檢測通過的電平變化向單片機發送數據來實現模式切換，本設計采用了3個按鍵，分別表示上課狀態、自習狀態和活動狀態。當按鍵有高電平信號時，表示有人按下相應的按鍵，單片機內部在檢測是哪個按鍵被按下，然后將數據傳給LCD顯示對應狀態。同時紅外傳感器會不停的檢測有無人員進出，通過紅外傳感器的發射與接收延時時間的判斷來檢測是否有人通過，初步設定的紅外延時接收時間為1S，也就是說一個人正常通過教室門的時間為1S，當紅外接收端在1S后接收到發射端發出的紅外線時，單片機內部就判斷感應有效，即有人通過，這時單片機內部就會進行相應的處理并將數據傳給LCD使它顯示相應的內容。LCD計數依據為進入加1，出去減1。按鍵模塊也會隨時進行檢測，當有人按下相應狀態的按鍵時，就會在LCD上顯示相應的工作狀態。

結束語：本文提出并設計完成調試的智能化控制教室狀態方案，希望為高校智能化管理提供一種應用電子類的智能化方案。本次設計的教室工作狀態指示器系統，可以有效地對教室狀態進行控制，為我們的學習生活帶來方便，能夠達到控制的目的，尤其適用于學校教室。由于系統采用單片機控制，具有較高的性價比，即可以根據實際情況進行更改和擴展，提高了系統的靈活性和適用性，有利于應用和推廣。教室狀態自動控制已成為一種發展趨勢，這種技術可以使學校教室得到合理的應用，方便了廣大師生，可以根據不同的需求進行相應的設計，是一種值得推廣的新技術。