基于單片機原理的實驗室智能控制系統研究

摘要：為了方便教師實時了解實驗室(教室)人數，采用STC89C52單片機設計了實驗室智能控制系統。該系統智能地控制實驗室中各種電源的使用情況，可實現以下功能：通過中斷方式使用紅外光電開關實時采集實驗室人數并根據人數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等。該系統現已完成，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；內部定時器

21世紀，能源問題日益突出，節能環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，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，同時該系統還可以顯示房間例如溫度、日期等詳細情況。該系統可在圖書館、教室、會議室、作為大型公共場所的中央控制設備。

1 系統總體設計以及功能
該系統通過單片機控制DS12C887時鐘芯片準確計，利用DS18B20(1-Wire)與單片機相連實現溫度采集，并在液晶芯片12864上顯示出時鐘和室內溫度，控制溫度，當溫度達到25℃時自動閉合空調電源，允許使用空調。一般情況下，在計時到7：00(可以人工以獨立按鍵方式調節時間)時，自動播放起始音樂并閉合總電源，測試房間內溫度。當計時到21：55時播放結束音樂，并在22：00時關閉整個系統。在平時控制電源時，該系統將有兩種工作狀態：自動控制狀態和強制狀態。
1．1 自動控制狀態(默認狀態)
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。當人數為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；人數在10～20時，開2盞燈，10張實驗桌可供使用……根據進入實驗室人數智能確定可供使用實驗桌數量以及當天氣較暗時，所開日光燈數目。當人數重新變為零后，20 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
該狀態是通過計算機總機(上位機)對單片機(下位機)進行數據傳送。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。

2 系統硬件設計
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，測量可調節距離大于30 cm，共有3根引腳1根接電源，一根接地，另一根數據線，當沒有感應閉合時，數據線為高電平，當有人經過時，數據線變低電平。DS12C887：時鐘芯片，當電源掉電，內部時鐘依然走動，有時鐘定時功能，可在24 h內指定時間鬧鈴報警。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 系統硬件各部分工作原理及介紹
硬件框圖如圖1所示。