基于STC89C52單片機的智能宿舍系統設計

李曉磊，王學賀

（菏澤醫學專科學校，山東 菏澤 274000）

0 引 言

近年來，宿舍發生火災事件不斷發生，嚴重威脅著當代大學生的人身安全與財產安全，也對學校的教學、生活秩序產生了較大的影響。對于當代大學生，除了日常上課與室外活動，其余大部分時間在宿舍中度過，對高校學生宿舍的安全性、舒適性也有較高的要求，在未來智能化高校學生宿舍將成為一種趨勢。本文以單片機為基礎結合物聯網技術設計出一套高校智能宿舍系統，可以實現宿舍內溫度、濕度及火情情況實時檢測、顯示，當發生火災時能夠及實地報警，有效地減少宿舍火災事件的發生。此外，當學生出門時忘記關燈或空調時，可以實現遠程關閉避免浪費能源，為宿舍內學生生活中不用移步即可完成電燈和空調開關提供了極大的方便。

1 整體方案研究

為了更加全面地檢測宿舍內環境狀況，本系統采取了多元化參數檢測，主要包括宿舍內溫度、濕度、煙霧濃度及火焰情況。在溫度、濕度檢測方面，采用DHT11一體式數字溫濕度傳感器；在火情檢測方面，由溫度、煙霧濃度與火焰情況作為判斷火情的重要參數，使用煙霧傳感器和火焰傳感器進行檢測；在顯示數據方面，本文采用12864液晶以及手機APP進行顯示數據；在單片機與手機APP之間的數據傳輸方面，采用ESP8266 Wi-Fi無線傳輸模塊進行傳輸數據。因此，本設計主要包含主控制器器模塊，溫濕度檢測模塊、火情檢測模塊、Wi-Fi無線傳輸模塊、液晶顯示及報警模塊、繼電器控制模塊及手機APP七部分組成，基于STC89C52單片機的智能宿舍系統整體電路圖如圖1所示。

2 硬件系統研究

2.1 主控制器模塊

本系統采用STC89C52單片機作為主控制器，該類型單片機功耗較低，內部擁有定時器/計數器、外部中斷以及全雙工串口通信功能，4組并行I/O接口具有輸入和輸出數據的功能，能夠實現對外圍電路的控制。STC89C52單片機主控制器電路主要包括電源、晶振以及復位電路，在本系統中單片機能夠對各種傳感器采集的數據進行相應的處理、顯示，同時利用串口通信功能與ESP8266 Wi-Fi模塊進行信息的傳輸。

2.2 溫濕度檢測模塊

本系統采用DHT11溫濕度傳感器檢測溫度、濕度。DHT11溫濕度傳感器是一款常用的工業級數字復合型傳感器，其內部主要由電阻式感濕元件和NTC測溫元件組成。該傳感器模塊使用方便簡單，單總線數據輸出接口能夠直接與單片機外部I/O接口連接，DHT11溫度傳感器每次傳輸40位的數據，其中包含16位溫度數據、16位的濕度數據以及8位的校驗數據，單片機根據接收到的數據進行計算得到溫度、濕度值，在本系統中DHT11傳感器與單片機的P2.0 I/O接口相連進行數據通信。

圖1 系統整體電路圖

2.3 火情檢測模塊

為了更準確地檢測宿舍內的火情情況，本系統采用MQ2型煙霧傳感器和YL38火焰傳感器作為火情檢測模塊，兩種傳感器分別用來檢測宿舍內的煙霧濃度以及是否存在火焰情況。煙霧傳感器和火焰傳感器傳感器均具有數字量和模擬量輸出模式，在本系統中煙霧傳感器和火焰傳感器均采用數字量輸出模式，其輸出接口分別與單片機P1.1、P1.2 I/O接口相連接，當宿舍內的煙霧濃度或者火焰光譜超過傳感器預設閾值時傳感器輸出低電平，當單片機接收到低電平信號后系統將進行聲光報警，同時會在12864液晶屏幕和手機端APP中顯示火情檢測數據。

2.4 Wi-Fi無線傳輸模塊

ESP8266 Wi-Fi模塊是一個完整且體系化的Wi-Fi網絡解決方案，其支持STA、AP及STA+AP三種運行方式，用戶可根據需求根據相應的AT指令自行選擇運行方式。ESP8266 Wi-Fi模塊是一款超低功耗且通信穩定的無線傳輸模塊，本系統中，單片機接口P3.0、P3.1分別與Wi-Fi模塊的TX、RX接口連接，Wi-Fi模塊采用STA+AP運行方式，當Wi-Fi模塊連接入校園網時，可以實現單片機的聯網功能，能夠與手機端APP進行遠程通信，當沒有局域網或互聯網可連接時，Wi-Fi模塊可以用其產生的熱點供用戶的手機端APP連接，從而實現較近距離的通信功能。

2.5 液晶顯示及報警模塊

本系統采用12864液晶模塊進行數據顯示，該類型液晶屏具有串行通信和并行通信兩種工作模式，本系統中采用并行通信模式，需將PSB控制端口需要設置為高電平狀態，八位數據口分別與單片機的P0端口相連，在數據顯示時，還需要按照時序要求分別對RS數據命令選擇端、R/W讀寫控制端進行設置，在本系統中PSB、R/W、RS引腳分別接P2.4、P2.6、P2.7 I/O接口。液晶顯示模塊主要用來顯示宿舍內的溫度、濕度以及火情情況。系統報警模塊主要由LED指示燈以及蜂鳴器兩部分組成，當出現溫度、濕度過高或者出現火情時進行聲光報警。

2.6 繼電器控制模塊

繼電器模塊用來電控制燈和空調的開關狀態，由于STC89C52單片機主控制器的I/O接口默認狀態輸出高電平，所以在本系統中將繼電器模塊設置為低電平觸發模式。本系統中的兩路繼電器輸出端口直接與主控制器的I/O接口P1.3、P1.4相連接，當主控制器輸出低電平時，繼電器處于常閉狀態，用電設備處于工作狀態；當輸出高電平時，繼電器處于常開狀態，用電設備處于關閉狀態。

3 軟件系統研究

本系統的程序設計包括各模塊初始化程序模塊，測量程序模塊，顯示程序模塊、串口通信模塊以及手機端APP設計，軟件系統算法具體如下：

（1）初始化DHT11溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器、火焰傳感器程序；

（2）初始化ESP8266 Wi-Fi無線模塊程序，采用STA+AP混合模式，配置模塊連接的網絡，并設置其產生熱點名稱及密碼，并建立服務器；

（3）開啟總中斷，設置串口中斷并建立其服務程序，與ESP8266 Wi-Fi無線模塊進行通信。在執行系統程序的過程中，當手機端APP發送數據命令時，即觸發串口中斷程序，停止執行當前程序，執行步驟（7）；

（4）運行DHT11溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器、火焰傳感器程序，進行數據檢測；

（5）進行數據處理，將處理完的數據進行液晶顯示并通過串口通信發送至手機端APP顯示；

（6）判斷檢測到的數據是否達到火情報警預設值，若是，聲光報警，否則，返回執行步驟（2）；

（7）中斷服務程序，判斷接收的數據命令類型，根據命令執行控制電燈、空調用電器的繼電器開關操作，執行完畢后繼續運行中斷服務程序前的程序。

本文手機端APP是使用E4A易安卓軟件開發設計，E4A易安卓軟件是一款采用可視化開發環境，并支持中文代碼編寫及強大的智能編程語法提示功能，開發環境主要由設計區和代碼區兩部分組成，代碼區代碼主算法如下：

（1）創建主窗口，設置各標簽背景顏色；

（2）連接服務器，各按鈕被激活可用，斷開服務器設置，各按鈕不可用；

（3）設置各按鈕及其執行的動作；

事件 主窗口.按下某鍵 （鍵代碼 為 整數型，傳址 屏蔽 為 邏輯型）

（4）接收數據，進行顯示，執行動作。

使用手機端APP時，首先需要進行服務器IP地址和端口連接登錄，然后才能通過相應的按鈕實現相關數據的查看和控制。

4 測試結果與分析

本文在硬件、軟件完成基礎上對智能宿舍系統溫度檢測、濕度檢測、火情報警及遠程控制功能進行了多次實際功能測試，其中電燈、空調用LED燈模擬，測試實物圖如圖2所示，測試結果如表1所示。測試結果表明：智能宿舍系統能有效地檢測宿舍內溫度、濕度、煙霧濃度及火焰情況并進行液晶實時顯示；溫度、煙霧濃度超過預設值以及檢測到火焰情況時均能進行聲光報警；檢測結果能通過無線Wi-Fi通信技術實時顯示在手機端APP，手機端APP電燈、空調控制按鈕能夠對其實現實時控制，基于STC89C52單片機研究的智能宿舍系統實現了全部預設功能。

圖2 測試實物圖

表1 測試結果記錄

5 結 論

學生宿舍已不再是普通的休息場所，而是大學生密切關注的集休閑、學習、娛樂為一體的“第二家庭”。本文以單片機為為基礎，結合傳感器技術、物聯網技術研究設計了一種能夠提升宿舍居住環境的安全性與舒適性的智能宿舍系統，并通過功能測試研究了其性能。系統能夠有效地檢測宿舍內物理環境，實現火災報警功能，同時還能夠通過手機端APP進行人機互動，不僅能夠遠程監測宿舍內物理環境，還能夠實現遠程控制宿舍內用電設備。該系統功能穩定，設計人性化，能為該類技術在未來高校宿舍應用中創造基礎性條件。