基于單片機原理的實驗室智能控制系統(tǒng)研究

摘要：為了方便教師實時了解實驗室(教室)人數(shù)，采用STC89C52單片機設計了實驗室智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)智能地控制實驗室中各種電源的使用情況，可實現(xiàn)以下功能：通過中斷方式使用紅外光電開關實時采集實驗室人數(shù)并根據(jù)人數(shù)控制實驗室中燈和實驗桌的電源，通過電腦控制實驗室電源的使用情況；并采用2次定時刷新鬧鐘定時的方式和時鐘芯片與單片機內(nèi)部定時器混合控制方式，使得到達放學時間自動播放音樂，延時關閉電源，同時能顯示實驗室溫度，可通過電腦查詢實驗室人數(shù)等。該系統(tǒng)現(xiàn)已完成，實驗表明達到了預期效果。
關鍵詞：單片機；智能實驗室；紅外；定時光電開關；內(nèi)部定時器

21世紀，能源問題日益突出，節(jié)能環(huán)保已成為諸多設計所必須考慮的一大因素。該設計就是以有效提高實驗室燈光和各種電源利用率為目的，采用紅外計數(shù)，在不同情況下分別提供相應的照明和電源的供給，避免了人少開多組燈、使用多組儀器以及人員離開忘記關閉儀器等浪費，節(jié)能的同時，提高設備使用壽命，可有效地達到自動關閉電源目的，有效地防止火災，同時該系統(tǒng)還可以顯示房間例如溫度、日期等詳細情況。該系統(tǒng)可在圖書館、教室、會議室、作為大型公共場所的中央控制設備。

1 系統(tǒng)總體設計以及功能
該系統(tǒng)通過單片機控制DS12C887時鐘芯片準確計，利用DS18B20(1-Wire)與單片機相連實現(xiàn)溫度采集，并在液晶芯片12864上顯示出時鐘和室內(nèi)溫度，控制溫度，當溫度達到25℃時自動閉合空調(diào)電源，允許使用空調(diào)。一般情況下，在計時到7：00(可以人工以獨立按鍵方式調(diào)節(jié)時間)時，自動播放起始音樂并閉合總電源，測試房間內(nèi)溫度。當計時到21：55時播放結(jié)束音樂，并在22：00時關閉整個系統(tǒng)。在平時控制電源時，該系統(tǒng)將有兩種工作狀態(tài)：自動控制狀態(tài)和強制狀態(tài)。
1．1 自動控制狀態(tài)(默認狀態(tài))
在實驗室門口安裝兩個紅外傳感器控制，分別設為1和2，當人先通過1再通過2的時候設為進人，反之則為出人。使用光敏電阻，當室內(nèi)亮度低于正常要求且有人時，可開通照明電路。當有人在天氣較暗(或者夜晚)進入實驗室時，該系統(tǒng)通過繼電器控制實驗桌電源的開關和照明電路的閉合狀態(tài)。當人數(shù)為1～10人時，開實驗室其中的1盞燈，5張實驗桌電源閉合，可供使用；人數(shù)在10～20時，開2盞燈，10張實驗桌可供使用……根據(jù)進入實驗室人數(shù)智能確定可供使用實驗桌數(shù)量以及當天氣較暗時，所開日光燈數(shù)目。當人數(shù)重新變?yōu)榱愫螅?0 min后，喇叭報警，繼電器閉合，燈滅，所有已開實驗桌電源斷開。直到再次有人進入，繼電器閉合，實驗桌電源重新閉合。當室內(nèi)照明充足，則照明電路不工作，實驗桌電源可控。
1．2 強制狀態(tài)
該狀態(tài)是通過計算機總機(上位機)對單片機(下位機)進行數(shù)據(jù)傳送。將上位機與單片機連接在一起，通過串口通信對單片機進行控制，以達到控制實驗室電源使用數(shù)量目的，可使實驗室照明電路與實驗桌電路全通，全滅或按要求指定特定的電源導通，并可通過輸入指令對單塊單片機進行查詢，實時在上位機屏幕上顯示實驗室人數(shù)。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 硬件組成以及各器件功能介紹
智能實驗室控制系統(tǒng)的硬件核心器件由單片機STC89C52芯片、E18-B03N1反射式紅外光電開關、音樂芯片、單總線溫度傳感器DS18B20、時鐘芯片DS12C887和帶有字庫的12864液晶組成。其中E18-B03N1反射式紅外光電開關，采用反射式，測量可調(diào)節(jié)距離大于30 cm，共有3根引腳1根接電源，一根接地，另一根數(shù)據(jù)線，當沒有感應閉合時，數(shù)據(jù)線為高電平，當有人經(jīng)過時，數(shù)據(jù)線變低電平。DS12C887：時鐘芯片，當電源掉電，內(nèi)部時鐘依然走動，有時鐘定時功能，可在24 h內(nèi)指定時間鬧鈴報警。DS18B20：為單總線溫度傳感器，實時將溫度信號讀入，精度0．5℃。
2．2 系統(tǒng)硬件各部分工作原理及介紹
硬件框圖如圖1所示。