【正文】 現(xiàn)功能 .................................................................................................. 5 教室檢測控制單元數(shù)據(jù)的采集 ........................................................... 5 教室遠程端控制功能 ........................................................................... 5 顯示功能 ............................................................................................... 5 系統(tǒng)的整個工作過程 ...................................................................................... 6 3 教 室檢測控制單元的設計與實現(xiàn) .................................................................. 7 教室檢測控制單元的器件選擇 ...................................................................... 7 教室檢測控制單元數(shù)據(jù)的采集與處理 .......................................................... 8 光照 信號的采集與處理 ....................................................................... 8 紅外數(shù)據(jù)的采集與處理 ..................................................................... 11 非接觸 IC 卡數(shù)據(jù)采集與處理 ........................................................... 14 按鍵設計 ............................................................................................. 17 溫度控制部分的設計 .................................................................................... 18 系統(tǒng)設計框圖及功能實現(xiàn) ................................................................. 18 單元電路原理圖 ................................................................................. 19 IV 系統(tǒng)程序設計 .................................................................................... 22 4 總結(jié)與展望 ........................................................................................................... 29 總結(jié) ................................................................................................................ 29 展望 ................................................................................................................ 29 致 謝 ........................................................................................................................ 30 參考文獻 ................................................................................................................... 31 1 1 緒 言 本章闡述了多功能教室節(jié)能控制系統(tǒng)的研究背景，現(xiàn)狀以及發(fā)展方向，明 確指出了我國對 于節(jié)能方面所面臨的問題。由此可見，節(jié)能照明用電，對節(jié)能具有重要的意義。 減少開支 雖然智能照明系統(tǒng)看似只是具備自動開關的功能，但是我們得知道它在提高燈管壽命、減少人力開支的同時，還可以有效的節(jié)約能源。 圖 智能教室控制系統(tǒng)整體組成框圖 下面詳細介紹各級單元及其之間的通訊網(wǎng)絡。其組成框圖如圖 所示。 教室遠程端控制功能 系統(tǒng)采用了原有的教室內(nèi)部用電設備控制系統(tǒng)，在此基礎上的教室遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對教室實施相應的命令，是的教室的用電設備能夠及時的開或關。 7 3 教室檢測控制單元的設計與實現(xiàn) 教室檢測單元是整個系統(tǒng)的重要組成部分之一，它主要的功能表現(xiàn)在對教室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲等功能上面，它還會根據(jù)樓層顯示控制單元和中央計算機單元的不同要求去控制日光燈和電風扇等用電設備。 件選擇 智能教室控制系統(tǒng)要求智能化、功耗低、可靠性高、使用方便、功能強大等特點，我們選用 MSP430 單片機， MSP430 系列單片機是美國德州儀器 1996 年開始推向市場的一種 16位超低功耗、具有精簡指令集（ RISC）的混合信號處理器。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的電 流最低 將 會在 165μA 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 。在實時時鐘模式下，可達 ，在 RAM 保持模式下，最低可達 。對于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用 仿真器 開發(fā)成功之后 制成的芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有 用 電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。 太陽能路燈本身就是利用太陽光發(fā)電、儲能的 LED 照明燈具，它不需要電網(wǎng)供電，也就無需架設成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳感器可以實現(xiàn)極低成本、自動開啟關閉的節(jié)能管理。這樣就完成了教室照明智能控制，起到節(jié)約電能的作用。此時為恒壓偏置。 待測目標 ： 根據(jù)待 測 目標的紅外輻射特性可進行 紅外系統(tǒng) 的設定。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的 物理效應 探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學效應。這是紅外設備的終端設備。 13 圖 紅外發(fā)送接收原理圖 由圖 可知，紅外發(fā)射模塊包括脈沖振蕩器，紅外發(fā)射管等部分。同樣的道理，當學生先經(jīng)過教室內(nèi)側(cè)的紅外發(fā)送和接收裝置，在經(jīng)過教室門外側(cè)的紅外發(fā)送和接收裝置時，計數(shù)器減掉 1，表明教室有人離開，從而計量教室學生人數(shù)情況，當數(shù)碼管 的 顯示統(tǒng)計的人數(shù)大于 50 人時，傳送給上位機的信息為當前教室內(nèi)人數(shù)為滿狀態(tài)。本設計采用的是 SPI 接口方式，其電路原理如圖 所示。在某一時刻 ， 若多個卡占用射頻信道與讀卡器通訊。玫瑰粉 Sector的 Block3 都存放在本扇區(qū)自己的密碼 KeyA、 KeyB 和 Access Bits。 StepB：寫數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)字節(jié)（ 16 字節(jié)） CRC（ 2字節(jié)） 若寫入成功，則 MIFARE 卡返 回 4比特應答， 數(shù) 值還是 1010；若不是 1010，則表示寫入失敗。 圖 PIC18F458 讀寫 RC522 流程圖 對用電設備的控制方式有兩種，一是采用現(xiàn)場按鍵進行開關；二是利用上位機進行遠程開關。采集教室溫度可實現(xiàn)當室內(nèi)溫度較高時及時開啟風扇，當室內(nèi)溫度較低時及時向教室送暖；而學生信息的采集則是通過無接觸 IC 卡，學生只需要在上課前刷卡并經(jīng)由相應的數(shù)據(jù)處理就可以完成點名及有關的操作，從而簡化對學生考勤的程序，節(jié)約老師點名的時間。 單元電路原理圖 本節(jié)主要討論 各級電路圖的原理及實現(xiàn)方法。該電路為混合電壓系統(tǒng)，液晶顯示模塊 OCMJ4x8B 需 5V電壓，單片機需 電壓， I/O 口的最大邏輯電平是 ，不可以直接相連，所以必須通過電平轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電平的匹配，這里采用 TI的雙向驅(qū)動器 74LS245 來實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。如圖 所示。在雙電源系統(tǒng)中 VCC2 提供主電源， VCC1 連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。其中 XTAL XTAL2分別為單片機提供正常工作時鐘脈沖。 圖 所示為本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計框圖。為了節(jié)省單片機的I/O 端口，每個按鍵都采用一鍵多功能的方式對用電設備進行開關控制，系統(tǒng)中采用三個獨立的按鍵，即日光燈開關組按鍵、風扇開關按鍵、開關指示按鍵來開啟或者關閉教室用電設備，如圖 所示。需要注意的是，其中只有16 個字節(jié)是讀取的塊數(shù)據(jù)，另外兩個字節(jié)為填充字節(jié)。只有完全通過認證后，才可以對卡片進行Write/Read 操作。 MIFARE 卡內(nèi)有 4字節(jié)的全球唯一序列號 UID，而 RC522 防止沖突處理的目的就在于最終確定MIFARE 卡的 UID。需要注意的是，由于 RC522 支持的數(shù)字接口形式多種多樣，因此芯片在每次復位時都會檢測外部引腳連接關系。軟件流程如圖 所示 14 圖 學生人數(shù)統(tǒng)計流程圖 非接觸 IC卡數(shù)據(jù)采集與處理 （ 1）非接觸 IC 大學校園里面都是實行的無固定座位的管理模式，因此給許多任課老師帶來了許多的麻煩，每次上課時需要花費大量時間去點名，費時又費力，本系統(tǒng)設計了無接觸 IC 卡，學生只需在上課前刷卡并且通過相應的數(shù)據(jù)處理就可以完成點名及相關操作，從而簡化了原始的考勤問題，節(jié)約了寶貴的課堂時間，減少了人為因素。并且利用了紅外發(fā)射管以光脈沖的形成向外發(fā)射。 （ 1）硬件設計 采用紅外傳感器統(tǒng)計教室內(nèi)學生人數(shù)，具有成本低，設計簡單方便的特點。 探測器制冷器 ： 由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備。 光學接收器 ： 12 它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。此時的工作狀態(tài)為恒功率偏置。 （ 2） 硬件設計 通過對光電管、光耦合器、光敏電阻等光電探測 器的各種性能進行比較，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應峰值比較接近人視覺敏感區(qū)的波長；其次是當光照強度減弱時，光敏電阻的響應時間相對增加，這對本系統(tǒng)在光照強度變化時，輸出狀態(tài)保持相對穩(wěn)定十分重要，因此本系統(tǒng)選用光敏電阻來測量教室的光照強度，其原 10 理圖如圖 所示。 （ 1） 光電探測器的教室中的布局 考慮到教室里面 離窗子的距離的不同，接受日光強度不一樣的特點，為了避免光電探測器受光面小的缺點，應該在教室周圍進行合理的分布光電探測器，用在探測自然光的強弱。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。開發(fā)語言有 匯編語言 和 C 語言 。它們分別是 看門狗 （ WDT）、 模擬比較器 A、定時器 A0（ Timer_A0）、定時器 A1（ Timer_A1）、定時器 B0（ Timer_B0）、 UART、 SPI、 I2C、 硬件乘法器 、液晶驅(qū)動器、 10 位 /12位ADC、 16 位 Σ Δ ADC 、 DMA、 I/O 端口、基本定時器（ Basic Timer）、 實時時鐘（ RTC）和 USB 控制器等若干外圍模塊的不同組合。在 MSP430 系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+）時鐘系統(tǒng)和 DCO 數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。其具體特點有： （ 1） 處理能力強 MSP430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集（ RISC）結(jié)構，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操 作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。 （ 2） 教室檢測控制單元中有非接觸 IC卡，可以完成學生上課的基本信息，有 助于教學管理的效率。在計算機上面能顯示部分畫面以及教室使用狀態(tài)和相關信息在 PC 機上顯示出來。中央控制計算機是整個智能教室控制系統(tǒng)的控制和管理的中心，其功能是將樓層顯示控制單元及教室控制單元發(fā)送過來的信息進行處理，按要求控制輸出單元，可自動或 手動 去 對各控制裝置發(fā)出指令，并可按要求進行各類參數(shù)圖像的顯示，軟件主要是由組態(tài)王 和