基于单片机原理的实验室智能控制系统研究

基于单片机原理的实验室智能控制系统研究作者：王梓源等

来源：《现代电子技术》2012年第01期

摘要：为了方便教师实时了解实验室(教室)人数，采用STC89C52单片机设计了实验室智能控制系统。该系统智能地控制实验室中各种电源的使用情况，可实现以下功能：通过中断方式使用红外光电开关实时采集实验室人数并根据人数控制实验室中灯和实验桌的电源，通过电脑控制实验室电源的使用情况；并采用2次定时刷新闹钟定时的方式和时钟芯片与单片机内部定时器混合控制方式，使得到达放学时间自动播放音乐，延时关闭电源，同时能显示实验室温度，可通过电脑查询实验室人数等。该系统现已完成，实验表明达到了预期效果。

关键词：单片机；智能实验室；红外；定时光电开关; 内部定时器

中图分类号：TN702-34

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2012)01-0175-03

Study of intelligent laboratory management system based on SCM

WANG Zi-

(College of information Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

Abstract：

In order to enable instructors to know the population of a laboratory (or classroom), an intelligent system employing STC89C52 SCM is designed to control the power supply of the laboratory intellectually. This system accumulates the population and the number of lights in the room by controlling two infrared photoelectric switches which is connected with interrupted way. The computer software detects the use of the power supply. The system employs the methods of refreshing the program of alarming and the mixing control of timing chip and inner timing module of SCM to play music and turn off the light if the class is over. At the same time, the ambient temperature can be

displayed on the LCD. The control system can be used in the micro-electronics laboratory in our university.

Keywords： SCM; intellectual laboratory; infrared; timing photoelectric switch; inner timing module

收稿日期：2011-10-

基金项目：江苏省大学生实践创新训练计划(教改)创新基金支持(164070502)

21世纪，能源问题日益突出，节能环保已成为诸多设计所必须考虑的一大因素。该设计就是以有效提高实验室灯光和各种电源利用率为目的，采用红外计数，在不同情况下分别提供相应的照明和电源的供给，避免了人少开多组灯、使用多组仪器以及人员离开忘记关闭仪器等浪费，节能的同时，提高设备使用寿命，可有效地达到自动关闭电源目的，有效地防止火灾，同时该系统还可以显示房间例如温度、日期等详细情况。该系统可在图书馆、教室、会议室、作为大型公共场所的中央控制设备。

1 系统总体设计以及功能

该系统通过单片机控制DS12C887时钟芯片准确计，利用DS18B20(1-Wire)与单片机相连实现温度采集[1]，并在液晶芯片12864上显示出时钟和室内温度，控制温度，当温度达到

25 ℃时自动闭合空调电源，允许使用空调。一般情况下，在计时到7：00(可以人工以独立按键方式调节时间)时，自动播放起始音乐并闭合总电源，测试房间内温度。当计时到21:55时播放结束音乐，并在22:00时关闭整个系统。在平时控制电源时，该系统将有两种工作状态：自动控制状态和强制状态。

1.1 自动控制状态(默认状态

在实验室门口安装两个红外传感器[2-3]控制，分别设为1和2，当人先通过1再通过2的时候设为进人，反之则为出人。使用光敏电阻，当室内亮度低于正常要求且有人时，可开通照明电路。当有人在天气较暗(或者夜晚)进入实验室时，该系统通过继电器[4]控制实验桌电源的开关和照明电路的闭合状态。当人数为1~10人时，开实验室其中的1盏灯，5张实验桌电源闭合，可供使用；人数在10~20时，开2盏灯，10张实验桌可供使用……根据进入实验室人数智能确定可供使用实验桌数量以及当天气较暗时，所开日光灯数目。当人数重新变为零后，20 min后，喇叭报警，继电器闭合，灯灭，所有已开实验桌电源断开。直到再次有人进入，继电器闭合，实验桌电源重新闭合。当室内照明充足，则照明电路不工作，实验桌电源可控。

1.2 强制状态

该状态是通过计算机总机(上位机)对单片机(下位机)进行数据传送。将上位机与单片机连接在一起，通过串口通信对单片机进行控制，以达到控制实验室电源使用数量目的，可使实验室照明电路与实验桌电路全通，全灭或按要求指定特定的电源导通，并可通过输入指令对单块单片机进行查询，实时在上位机屏幕上显示实验室人数。

2 系统硬件设计

2.1 硬件组成以及各器件功能介绍

智能实验室控制系统的硬件核心器件由单片机STC89C52芯片、E18-B03N1反射式红外光电开关、音乐芯片、单总线温度传感器DS18B20、时钟芯片DS12C887和带有字库的12864液晶组成。其中E18-B03N1反射式红外光电开关，采用反射式，测量可调节距离大于30 cm，共有3根引脚1根接电源，一根接地，另一根数据线，当没有感应闭合时，数据线为高电平，当有人经过时，数据线变低电平。DS12C887:时钟芯片，当电源掉电，内部时钟依然走动，有时钟定时功能，可在24 h内指定时间闹铃报警。DS18B20：为单总线温度传感器，实时将温度信号读入，精度0.5 ℃。

2.2 系统硬件各部分工作原理及介绍

硬件框图如图1所示。

图1 硬件框图

(1) 使用单块单片机(2)控制电路，红外光电开关(4)以外部中断(8)的方式接至(P3.2,P3.3)，数码管(6)显示此时实验室人数。

(2) 当进入实验室人数不为零，外电源电路(5)通过单片机控制继电器，根据人数要求，按人数开灯，闭合实验桌。

(3) 当人数重新变为零后，使用单片机定时器(7)定时20 min后，检测20 min内如始终无人进入，音乐片通过喇叭报警，外界电路断开。若重新有人进入，外界电路(照明电路和实验桌电源电路)由单片机根据人数确定闭合情况。

(4) 单片机(10)可由单片机(2)和继电器控制电源供电，当实验室没人或者电脑强制关闭时，单片机(10)不工作。

(5) 使用液晶12864(14)与单片机(10)相连，液晶显示以下信息：“实验室控制系统”，年、月、日、星期、时、分、秒以及温度。