基于IAP單片機(jī)的課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)

葉成彬，郭志雄，劉曉璇（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院　電氣工程學(xué)院，廣東　廣州　510800）

基于IAP單片機(jī)的課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)

葉成彬，郭志雄，劉曉璇
（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電氣工程學(xué)院，廣東廣州510800）

以IAP15F2K61S2單片機(jī)作為核心控制器，集成溫度采集、交流電風(fēng)扇無極調(diào)速、燈光有效控制、上位機(jī)無線控制等功能，構(gòu)成課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有控制簡(jiǎn)便、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，改善了傳統(tǒng)課室容易出現(xiàn)的“燈常明、扇常轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，還大大減少了課室管理員的工作量。

IAP單片機(jī)；溫度傳感器；無級(jí)調(diào)速；上位機(jī)；無線控制

0　引言

目前部分高校提出智慧校園的口號(hào)，節(jié)能減排也是其中一重要議程，高校課室中風(fēng)扇、燈光的管理也受到了較大的關(guān)注。當(dāng)課室中無人時(shí)燈光以及風(fēng)扇仍然在運(yùn)作，不僅浪費(fèi)國(guó)家電力資源，還給學(xué)校財(cái)政加大了負(fù)擔(dān)。針對(duì)以上情況，本文介紹一種利用IAP15F2K61S2單片機(jī)、各種功能模塊以及上位機(jī)軟件整合成的課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)［1］。

1　課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。本管理系統(tǒng)由IAP15F2K61S2單片機(jī)分析DS18B20數(shù)字溫度計(jì)采集回來的溫度值，從而產(chǎn)生不同占空比的PWM脈沖調(diào)制信號(hào)，再通過由MOC3061光電雙向可控硅以及BT136雙向可控硅等組成的交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速電路對(duì)電風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)速，使得電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動(dòng)換擋，實(shí)現(xiàn)“溫度高，轉(zhuǎn)速快；溫度低，轉(zhuǎn)速慢”的功能［2］。利用繼電器可以使單片機(jī)以弱電的高低邏輯電平來控制220V交流強(qiáng)電的接通與斷開，從而控制課室燈光的開啟與關(guān)閉。不僅使用了LCD12864液晶顯示屏顯示課室當(dāng)前溫度值，還利用無線模塊CC1101把溫度值實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)秸n室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)軟件。利用光電傳感器計(jì)算進(jìn)入以及出去課室的人數(shù)從而判斷當(dāng)前課室內(nèi)是否還有人。課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)顯示課室各點(diǎn)溫度以及電風(fēng)扇工作狀態(tài)，還可以無線切換電風(fēng)扇智能與人工控制、無線控制課室燈光開啟與關(guān)閉功能。

圖1　硬件系統(tǒng)組成框圖

1.2硬件設(shè)計(jì)

1.2.1溫度傳感器

本系統(tǒng)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器測(cè)量課室環(huán)境溫度，并將實(shí)時(shí)采集回來的溫度數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)處理，計(jì)算之后的溫度值與實(shí)際值誤差為±0.5℃。

1.2.2光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊

本系統(tǒng)使用BH1750FVI光照強(qiáng)度模塊對(duì)課室光照強(qiáng)度進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)處理、分析，按照在不同光線強(qiáng)度環(huán)境之下實(shí)際測(cè)試回來的不同數(shù)值來劃分光線強(qiáng)度。該模塊具有接近視覺靈敏光譜靈敏度特性，最小誤差變動(dòng)在±20％，受紅外線影響很小等特點(diǎn)。

1.2.3光電傳感器電路

E18-8MNK光電傳感器模塊是一種對(duì)射光電傳感器，當(dāng)發(fā)射紅外端與接收紅外端之間沒有障礙物時(shí)，接收端輸出低電平，反之輸出高電平。單片機(jī)通過檢測(cè)該模塊輸出端傳輸過來的電平值，即可分辨是否有人通過。

1.2.4無線通信模塊

考慮到無需對(duì)無線模塊進(jìn)行二次開發(fā)，故采用高性能單片機(jī)加低功耗射頻芯片CC1101無線通信模塊。模塊與單片機(jī)接線比較簡(jiǎn)單，只需把模塊串口與單片機(jī)串口進(jìn)行對(duì)接即可，用戶只需對(duì)單片機(jī)串口進(jìn)行初始化、發(fā)送以及接收數(shù)據(jù)等操作即可實(shí)現(xiàn)無線通信功能。

1.2.5交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速電路

由于使用IAP15F2K61S2單片機(jī)發(fā)出的PWM對(duì)交流無級(jí)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，考慮到弱電與強(qiáng)電的隔離以及較高的PWM工作頻率等問題，故采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的常用作大功率可控硅的MOC3061光耦合器。

1.2.6LCD12864顯示電路

本系統(tǒng)采用LCD12864液晶屏顯示系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)，該液晶屏技術(shù)較為成熟且應(yīng)用廣泛，開發(fā)容易，價(jià)格低廉［3］。

1.2.7燈光控制電路

本系統(tǒng)采用電磁繼電器對(duì)220V交流燈光進(jìn)行有效控制，利用弱電控制強(qiáng)電，避免人對(duì)強(qiáng)電直接控制。

2　課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)

課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)主要完成光照傳感器模塊、溫度傳感器模塊、光照傳感器電路、光電傳感器以及CC1101通信模塊信號(hào)采集、處理、顯示以及按鍵電路識(shí)別等功能。因此設(shè)計(jì)軟件時(shí)，必須先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，而后單片機(jī)才能調(diào)用各個(gè)模塊并接收相應(yīng)的信號(hào)，最后才能實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)具備的相應(yīng)功能。主程序流程如圖2所示。

2.2上位機(jī)設(shè)計(jì)

本管理系統(tǒng)使用微軟公司發(fā)布的VisualBasic軟件開發(fā)出針對(duì)本管理系統(tǒng)的上位機(jī)軟件，其主要是收集、處理下位機(jī)硬件設(shè)備傳送過來的各類信息以及向下位機(jī)硬件設(shè)備發(fā)出操作指令［4］。本管理系統(tǒng)上位機(jī)軟件登錄界面如圖3所示，用戶必須輸入正確的用戶名稱和用戶密碼才能進(jìn)入課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)軟件用戶主界面。

圖2　主程序流程圖

圖3　上位機(jī)軟件用戶登錄界面

當(dāng)用戶成功登錄課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)并進(jìn)入主界面之后，準(zhǔn)確無誤地設(shè)置串口及波特率之后，串口工作指示燈變?yōu)榫G色，否則為紅色提醒用戶當(dāng)前選擇串口有誤。

當(dāng)用戶點(diǎn)擊“獲取溫度”按鈕之后，上位機(jī)收集下位機(jī)實(shí)時(shí)環(huán)境溫度并在系統(tǒng)溫度區(qū)域顯示出來。

當(dāng)用戶需要對(duì)風(fēng)扇①、風(fēng)扇②進(jìn)行調(diào)試時(shí)，只需點(diǎn)擊相應(yīng)的“高速”、“中速”、“低速”及“停止”按鈕，此時(shí)課室電風(fēng)扇工作狀態(tài)區(qū)域中以文字的形式顯示出當(dāng)前風(fēng)扇工作狀態(tài)，若風(fēng)扇正常運(yùn)行其工作指示燈為綠色，否則為紅色。

當(dāng)用戶點(diǎn)擊“燈光①”、“燈光②”按鈕，則可以切換燈光正常通電及斷電狀態(tài)，燈光正常通電時(shí)其工作指示燈為綠色，否則為紅色。

當(dāng)用戶在硬件設(shè)備上通過按鍵改變風(fēng)扇①和風(fēng)扇②、燈光①、燈光②工作狀態(tài)時(shí)，上位機(jī)也會(huì)及時(shí)獲取相關(guān)信息并顯示出來。

課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)①、②分別如圖4、圖5所示。

圖4　課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)①

圖5　課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)②

3　結(jié)論

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)表明本管理系統(tǒng)上位機(jī)軟件以及下位機(jī)硬件設(shè)備中各個(gè)功能模塊均能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，采集數(shù)據(jù)迅速，分析及處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，及時(shí)有效對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)速、燈光開與關(guān)燈操作，無線通信可靠傳輸數(shù)據(jù)。

綜合上述，本課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一定的智能化控制，在一定程度上節(jié)約了能源，減少了課室管理員的工作量，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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弦信號(hào)失真度測(cè)量?jī)x具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）采用數(shù)字化設(shè)計(jì)后，電路的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，可靠性增強(qiáng)，生產(chǎn)容易以及調(diào)試方便；（2）數(shù)字失真度測(cè)試儀只用一套電路便可測(cè)量2～5次諧波，并可單獨(dú)顯示各次諧波的失真以及總失真，而且可以根據(jù)需要，只需增加取樣頻率即可測(cè)量更高次的諧波，并具有擴(kuò)展性；（3）具有較高的精度及良好的人機(jī)界面。

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（收稿日期：2015-01-30）

作者簡(jiǎn)介：

丁躍澆（1967-），男，碩士，教授，主要研究方向：工業(yè)控制和智能控制技術(shù)。

Classroom fan lighting management system based on IAP single chip microcomputer

Ye Chengbin，Guo Zhixiong，Liu Xiaoxuan
（School of Electrical Engineering，Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou 510800，China）

Take IAP15F2K61S2 microcontroller as the core controller，and integrate with the temperature acquisition，AC fan stepless speed regulation，light control and PC wireless control functions to constitute the classroom fan lighting management system，which has the advantages such as simple control and flexible operation.This system improves the phenomenon that the lights and fans of the traditional classroom are always running，and also greatly reduces the workload of classroom administrator.

IAP single chip microcomputer；temperature sensor；stepless speed regulation；computer；wireless control

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-7720（2015）12-0067-03

2015-01-19）

葉成彬（1990-），男，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)及其應(yīng)用。

郭志雄（1967-），男，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：電工電子技術(shù)。

劉曉璇（1993-），女，本科生，主要研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)。