摘 要： 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(wú)極調(diào)速、燈光有效控制、上位機(jī)無(wú)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。
關(guān)鍵詞： IAP單片機(jī)；溫度傳感器；無(wú)級(jí)調(diào)速；上位機(jī)；無(wú)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(wú)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(lái)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(guò)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(wú)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(lái)控制220 V交流強(qiáng)電的接通與斷開(kāi)，從而控制課室燈光的開(kāi)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(wú)線模塊CC1101把溫度值實(shí)時(shí)無(wú)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(wú)線切換電風(fēng)扇智能與人工控制、無(wú)線控制課室燈光開(kāi)啟與關(guān)閉功能。
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(lái)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(lái)的不同數(shù)值來(lái)劃分光線強(qiáng)度。該模塊具有接近視覺(jué)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(méi)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(guò)檢測(cè)該模塊輸出端傳輸過(guò)來(lái)的電平值，即可分辨是否有人通過(guò)。
1.2.4 無(wú)線通信模塊
考慮到無(wú)需對(duì)無(wú)線模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，故采用高性能單片機(jī)加低功耗射頻芯片CC1101無(wú)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(hù)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(wú)線通信功能。
1.2.5 交流電機(jī)無(wú)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(wú)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(wèn)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。
1.2.6 LCD12864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(kāi)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)220 V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Visual Basic軟件開(kāi)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(guò)來(lái)的各類(lèi)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(hù)必須輸入正確的用戶(hù)名稱(chēng)和用戶(hù)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(hù)主界面。
當(dāng)用戶(hù)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(wú)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(hù)當(dāng)前選擇串口有誤。
當(dāng)用戶(hù)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(lái)。
當(dāng)用戶(hù)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(hù)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(hù)在硬件設(shè)備上通過(guò)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(lái)。
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。
3 結(jié)論
經(jīng)過(guò)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(kāi)與關(guān)燈操作，無(wú)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。
參考文獻(xiàn)
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