论文总字数：21166字

目 录

1绪论 1

1.1课题研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

2系统的基本原理 2

3 系统的硬件设计部分 3

3.1单片机单元模块 4

3.2红外线传感器模块 4

3.3 温湿度传感器模块 5

3.3.1 温湿度传感器模块简介 5

3.3.2 温湿度传感器串行接口的工作原理 6

3.4模拟教室灯的LED模块 6

3.5 液晶显示模块 7

3.5.1 液晶显示模块简介 7

3.5.2 管脚功能说明 8

3.5.3 并行接口时序图 9

3.6电源模块 9

3.7复位电路模块 9

3.8 时钟电路模块 10

3.9 整体设计图 11

4 系统的软件设计部分 12

4.1 温湿度传感器程序模块 12

4.2 液晶显示屏程序模块 14

4.3 进出人员计数程序模块 16

4.4模仿教室灯的LED亮灯程序模块 19

5 多门通信扩展 20

5.1多门通信的基本原理 20

5.2硬件模块 21

5.2.1 进出人数计数模块 21

5.2.2 蓝牙模块 21

5.2.3蓝牙之间的配对 23

5.3软件程序思路方案 24

5.3.1 方案1 24

5.3.2方案2 24

5.3.3小结 25

6 系统实验与测试 25

6.1程序的编译与烧录 25

6.2 原理图设计 26

6.3 相关测试 27

6.4总结与展望 29

参考文献

致 谢 32

基于单片机的教室节能控制系统设计

徐鑫

,China

Abstract : At present, resource conservation has become an importent social problem. But each place of our country exists serious energy resource waste phenomenon, which need us to use the advanced science and technology to upgrade and reform the existing resource system, this design created a energy saving control system based on STC89C52 microcontroller, which can control the number of bright lights in the classroom based on the number of people in the classroom, when nobody is in the classroom, no light will be turned on. And turn on the lights based on the number of people which can achieve the purpose of energy saving and emission reduction. Meanwhile, the display screen can display the number of people in the room, which can be uesd as a student’s nomination system to help the teachers accurately determine the number of students in class, save time and improve the teaching efficiency. The design also adds a temperature and humidity sensor which can measure indoor temperature and humidity real time and display them by the display screen, this design uses a number of LED lights to indicate the number of indoor lights, in application, it can be used according to specific conditions to save energy and reduct emission.

Key words : infrared sensor, energy saving, temperature and humidity sensor, MCU, people counting

绪论

1.1课题研究目的及意义

当今社会，科学技术得到了很大的进步，对人们的生活起到了极大的作用，并且在人们生活领域以外的地方也得到了很大的发展，家电智能化成为了当今社会发展的一个热点，在灯光的智能控制的研发和应用方面，我国还远远的落后于西方国家。我国在节约电能方面做得工作还非常的少，因为这些造成的浪费已经成为了中国国内的一种很普遍的现象。目前，随着经济的快速发展和能源的迅速消耗，低碳生活已经成为我们当今生活的主题，能源的节约已经成为当前至关重要的事情。然而在我们的日常生活中，因为不注意节约资源而导致资源浪费的现象屡屡发生，低碳生活在号召我们，能源节约已经成为了当今至关重要的事情，但是在很多的学校里面，却常常出现教室里面没有人但是灯却保持常亮的现象，为了缓解这种现象的发生^[1]，本课题提出了为了实现教室灯光的自动控制的以红外传感器为核心的基于室内人数的智能教室的灯光控制系统，以此来达到节能目的。

与此同时，随着社会的进步，人们的求知欲也变得越来越强烈，从而导致人们对于上课效率要求的提高。课堂点名，查人考勤方面占据的时间较多，导致教师上课期间，利用太长时间来进行点名行为，从而减少了真正授课的时间，从而，本课题基于人数的教室灯的控制还可以进行室内人员的监控，统计进出教室内的人数，从而可以知道室内人数的多少，在上课前要求学生一一进入教室，从而在上课之后查看显示屏，观测到达的学生的个数，从而达到清点人数的作用，此时，若人数已到齐，便可以直接减少工作量，若人数有所出入，便可以快速的要求学生查出未到人数，真正做到零包庇。

该系统的作用不仅限于清点人数和节约资源方面，还附加了温湿度检测系统，环境温度的实时检测在各方各面都有着很广泛的应用，无论是农业、工业、军事，或者是家居生活方面。产业生产与制作的场地对环境温湿度的要求相对较严格，并且只有在周围的环境合适的时候，生产工作才能够正常的进行。人们日常生活的环境虽然对于温湿度的要求没有那么严格，但是如果能够很好的掌握周围的环境状况，便可以提高人们生活的舒适度，有利无害^[2]。本系统便可以实时检测教室内的温度，让同学们能实时知道室内的温度情况，有效的提高了效率，操作简单、使用方便、更加准确，更加快速。

1.2国内外研究现状

目前在清点人数方面已经存在了很多的研究成果，如用新型人体发射接收传感器以及校园卡刷卡的方式来统计上课的人数，该方法具有很好的准确性，并且有利于数据的集中性的管理，但是却存在着部分的缺陷，如学生在进出教室的时候因为要刷卡而造成的拥堵，这可能会导致上课迟到，或者是学生因为管理不当，将身份卡丢失，导致进出教室却造成的统计偏差，更有甚者，是学生进出教室，因为粗心大意，忘记刷卡，导致的统计错误，或者是学生刷卡进入教室后又走出教室，从而导致的人为的统计错误，这些都是已存在的各方面技术而导致的问题，因此，刷卡统计人数只适用于人数较少的场合，而对于人流量较大的教室来说，我们需要换一种记住来进行统计，能够很好的统计人数，并且也能够在统计好人数的基础上，很好的控制教室的亮灯个数，从而起到节能减排的作用。

在检测人数方面，我们知道的检测方法还有基于图像的检测方法，这种方法的工作原理是基于视频监控的图像来进行检测，实时的对所在区域的人数进行统计，系统依次接受视频监控摄像头输出的每一帧的图像，并且对图像进行分析和处理，最终可以由计算机来统计总体人数^[3]，该方法对于监视器的分辨率的要求非常高，同时还要时刻监视教室，会造成部分的隐私泄露，并且由于摄像头的全开问题，出现了本末倒置的问题，即不仅没有起到节能的效果，而且还比先前耗费了更多的能量。

以上检测方法在进行教室人数统计时，存在着使用不便，容易存在偏差，系统复杂以及节能效果差的问题，因此，基于红外线的传感器的人数统计以达到节能效果的系统便成为了一个很好的研究方向。红外线传感器目前已经被各个领域广泛的应用，但是目前为止，利用传感器或者机器视觉技术来获取人数信息，对建筑照明进行控制，可以有效的降低建筑物的能源消耗，节约了能源，使得建筑物向着现代化和智能化发展，但是，还是存在着许多的不足，如建筑内部复杂的情况，使得人数的统计不够精确等的问题，可以说，无论是传感器，还是机器视觉技术都还是存在着许多误判的情况发生^[4]， 此外，因为天气的各种变化，探测设备也会因此而受到部分的影响，这会导致测量精度的误差。

2系统的基本原理

本系统通过单片机和红外传感器对于每个进出教室的人数进行实时统计，一旦有人进入教室，计数器便会自动加一，出门则计数器会自动减一，并且室内人数会通过LCD液晶显示屏进行显示^[5]。

同时单片机会以室内的人数为依据进行判断，实现室内灯的开启个数的控制，即根据人的多少进行亮灯个数控制，本设计使用LED灯来模拟教室灯的个数，以十为单位，多十个人便亮一个灯，直到教室人满，灯全亮为止，实现节能的目的。

同时，本系统还额外的附加了温湿度传感器，在进行教室人数监控以及教室亮灯控制之外，会对教室的环境进行实时监控，并且将温湿度相应的在LCD液晶显示屏上进行显示，可以使得室内人员能够及时了解所处的环境的状况。

系统的原理简图如图2-1所示：

图 2‑1系统原理简图

3 系统的硬件设计部分

本系统的硬件设计部分主要包含了单片机单元模块、红外线传感器模块、温湿度传感器模块、模拟教室灯的LED模块、液晶显示模块、电源模块、复位电路模块等^[6]。硬件设计的部分框图如图3-1所示：

图 3‑1 硬件设计框图

3.1单片机单元模块

本设计使用的是在大学里学习的最多并且也是最熟悉最熟练的STC89C52RC单片机，这一款单片机满足速度快、功耗小并且有很强的抗干扰性的特点，可以自主选择12或者是6时钟机器周期。该单片机的引脚图如图3-2所示：

图 3-2 STC89C52引脚图

在本设计中P1端口被用于连接液晶显示模块，将传感器获得的数据进行加工后的数据通过P1的引脚输出到液晶显示模块中去。

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