【正文】 ACCESS 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，通過(guò)組態(tài)監(jiān)控畫面對(duì)教室檢測(cè)單元和樓層顯示單元進(jìn)行集中管理與控制。它直接與各種 I/O 設(shè)備相連，通過(guò)這些 I/O設(shè)備接口實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)溫度、光照強(qiáng)度、教室內(nèi)的學(xué)生人數(shù)、學(xué)生上課等信息采 集、存儲(chǔ)與處理，并可實(shí) 4 現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)用電設(shè)備開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)以及現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，同時(shí)通過(guò) RS485 通訊錄與樓層顯示控制單元通訊，最終可通過(guò) CAN 總線與中央計(jì)算機(jī)單元通訊。 針對(duì)現(xiàn)在眾多高校教學(xué)樓的用電設(shè)備和管理的不足，以提高用電設(shè)備效率和改善教學(xué)管理為目的，開發(fā)了一套完善的基于單片機(jī) MSP430 和總線的智 能教室控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要運(yùn)用電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和相關(guān)軟件，整個(gè)系統(tǒng)是由“教室監(jiān)測(cè)控制單元 — R485 通訊線 — 樓層顯示控制單元 — CAN總線 —中央計(jì)算機(jī)單元”組成，智能教室控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)教室的溫度、學(xué)生人數(shù)、照明亮度、使用狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與顯示，并且對(duì)教室內(nèi)部的用電設(shè)備進(jìn)行了合理的控制與管理，達(dá)到了節(jié)約用電和智能化管理。系統(tǒng)還會(huì)根 2 據(jù)不同的光亮程度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)的亮度，在保證必要的照明的同時(shí)也有效的減少了日光燈的工作時(shí)間，延長(zhǎng)了日光燈的壽命。 以某高校教 學(xué)樓燈光使用為例，取一 個(gè) 中等教室，該教室有日光燈 18 盞，每盞燈的功率是 40 瓦，每層樓有 15 個(gè)教室，一共有 5層，則整個(gè)樓層內(nèi)日光燈負(fù) 荷共計(jì)約為 54KW，每天按長(zhǎng)明燈 3 小時(shí)計(jì)算， 1 天就浪費(fèi) 162KW，按照每度電 元 /千瓦計(jì)算，共計(jì) 81 元，設(shè)該校共有教學(xué)樓 6 座，則共計(jì) 486 元，一年學(xué)生在校時(shí)間按 270 天機(jī)算，則一年將浪費(fèi) 131220 元，而且上面所說(shuō)還不包含教室電線的損傷，日光燈的使用壽命等等，因此對(duì)高校教室能源的智能控制技術(shù)的要求迫在眉睫，其所能獲得的經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀。 湖 北 民 族 學(xué) 院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于 MSP430 單片機(jī)的 多功能教室節(jié)能控制 系統(tǒng)的研究 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師： 易金橋 評(píng)閱教師： 論文答辯日期 答辯委員會(huì)主席 I 摘 要 本課題主要是以高校教室對(duì)電能的嚴(yán)重浪費(fèi)和 教學(xué)管理的漏洞為主要 研究目的，設(shè)計(jì)了基于 RS485 和總線的教室控制系統(tǒng)以達(dá)到節(jié)約用電和教學(xué)管理的合理化。 課題背景 教室作為學(xué)校提供教學(xué)和學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所，但是現(xiàn)如今許多高校面對(duì)著一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，教室資源的不合理運(yùn)用，教室的分配、衛(wèi)生、維護(hù)管理都是由管理員親自動(dòng)身去管理的，教室的自由式管理雖然給學(xué)生提供的很大的方便，但是同時(shí)也造成一些問(wèn)題的發(fā)生，教室資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，許多教室經(jīng)常沒有人或者是只有幾個(gè)人的情況，但是教室里面的燈光、風(fēng)扇還是處于運(yùn)作狀態(tài)，又或者是在白天光線強(qiáng)度足夠、室內(nèi)溫度適宜的情況下，照明燈與電扇依舊處于開啟狀態(tài)，從而造成了大量電能的浪費(fèi)。 智能照明控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)管理方式相比，具有成本低、維護(hù)方便、功能豐富、優(yōu)越的可擴(kuò)展性、便于系統(tǒng)集成等特點(diǎn)，其具體表現(xiàn)為： 良好的節(jié)能效果、延長(zhǎng)日光燈壽命 智能控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是節(jié)約能源， 傳統(tǒng)的照明模式，主要是以人力來(lái)管理的，很容易造成白天關(guān)燈，晚上長(zhǎng)明的現(xiàn)象，不同的是智能照明控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同的情況采用不同的方案來(lái)選擇照明的時(shí)間、日光燈的數(shù)量，可以將不必要的照明關(guān)掉，在需要燈光時(shí)自動(dòng)開啟，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。根據(jù)一般辦公大樓的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，節(jié)能效率可以達(dá)到 40%以上，一般的商場(chǎng)、酒店、地鐵站等，節(jié)能效率也就能達(dá)到 25%— 30%；由于我國(guó)以前的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式已經(jīng)導(dǎo)致資源匱乏，所以調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力推廣智能照明具有重大意義。 教室檢測(cè)控制單元 每個(gè)教室安裝的教室檢測(cè)控制單元是以單片機(jī) MSP430 為核心的數(shù)據(jù)采集和控制裝置。 5 圖 樓層控制器的組成框圖 中央計(jì)算機(jī)單元 中央控制計(jì)算機(jī)采用常用 PC 機(jī)，在 PC 機(jī)上配置 CAN 總線配卡 ， 用于同 CAN總線相連。 顯示功能 可以將采集到的數(shù)據(jù)最終顯示在中央計(jì)算機(jī)控制單元，組態(tài)王 實(shí)行的是全中文化、圖形化、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控界面。 教室檢測(cè)控制單元主要功能： （ 1） 教室檢測(cè)控制單元實(shí)現(xiàn)了對(duì) 教室內(nèi)溫度、光線強(qiáng)度、學(xué)生人數(shù)等信息的采 集，通過(guò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，可以 傳送到樓層顯示單元和中央計(jì)算機(jī)單元。稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微小處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供單片機(jī)解決方案。 其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （ 4） 片內(nèi)資源豐富 MSP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和 編程器 。 工作原理 ： 光傳感器是利用光敏 元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。 教室光照強(qiáng)度是控制教室內(nèi)用電設(shè)備開或關(guān)的重要因素，也是節(jié)約電能 的手段之一，下面對(duì)光敏傳感器的研究做具體介紹。圖 則體現(xiàn)了考慮教室的走向與太陽(yáng)光的夾角的不同而造成亮暗區(qū)位置不同對(duì)光電探測(cè)裝置布局造成的影響。 ○ 3當(dāng) R=RO 時(shí)，表示負(fù)載匹配，探測(cè)器輸出功率最大。 大氣衰減 ： 待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種膠 粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。此類探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和 熱敏感探測(cè)器兩大類型。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。脈沖振蕩器由 555 定 時(shí)器，電阻，電容組成，用來(lái)產(chǎn)生 38KHZ 的脈沖序列作為載波信號(hào)。當(dāng)數(shù)碼管 的 顯示統(tǒng)計(jì)的人數(shù)小于 50時(shí)，傳送給上位機(jī)的信息為當(dāng)前教室內(nèi)人數(shù)為空狀態(tài)。除了通用的 4條 SPI 信號(hào)線以外， RC522 要求額外的兩個(gè)引腳 I2C 和 EA 分別接低電壓和高電平，這兩個(gè)引腳不參與 SPI 總線傳輸，只起到設(shè)定 RC522 數(shù)字界面采用 SPI 接口的作用。則讀卡器將會(huì)檢測(cè)到比特流的沖突位置；然后重新啟動(dòng)另一個(gè)與卡的通訊過(guò)程，在過(guò)程中將沖突位置上的比特值 ， 置為確定值（一般為 1）后展開二進(jìn)制搜索，直到?jīng)]有沖突錯(cuò)誤被檢測(cè)到為止。通過(guò) Access Bits 設(shè)置密碼 方式和數(shù)據(jù)塊類型。 讀卡指令格式如下： 命令碼（ 0X30） 塊地址 若執(zhí)行成功，則 MIFARE 卡返回 18 字節(jié)應(yīng)答比特。在這里簡(jiǎn)要說(shuō)明按鍵對(duì)用電設(shè)備的控制。 18 圖 按鍵原理圖 本章根據(jù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和需要，繪制了單片機(jī) MSP430F449 及其外圍電路，單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，日歷時(shí)鐘芯片 DS1302，液晶顯示模塊 OCMJ4x8B 等的電路原理圖和系統(tǒng)總圖及印制板圖，編寫了單片機(jī)初始化，溫度傳感器復(fù)位、讀寫子程序，日歷時(shí)鐘芯片和液晶顯示模塊的寫入等子程序，并對(duì)程序進(jìn)行了調(diào)試。 芯片原理圖 如圖 所示為 MSP430F449 芯片及其外圍電路原理圖。 鍵盤掃描接口電路P4.2P4.1P4.0P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P6.4P6.5P6.6P P4.7P4.6P4.5P4.4P4.3C 406uFC 416uFX T A L 4V C CR 40100KR 41100KR 42 100KR 43 100KR 44 100KR 45 100KR 46 100KR 47 100KS1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8V C C+5R 2510KR 30R 31R 32R 33R 34R 35R 36R 37+5V C CGNDB1B2B3B4B5B6B7B8A1A2A3A4A5A6A7A8D I RGV C C74LS2451122334455667788991010111112121313141415151616171718181919202074 L S 24 874 L S 24 5GNDB1B2B3B4B5B6B7B8A1A2A3A4A5A6A7A8D I RGV C C74LS2451122334455667788991010111112121313141415151616171718181919202074 L S 24 974 L S 24 5O C M J 4* 8BL E D L E D +V s sV ddI R 2I R 1NCR E SR E QD B 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7B U S Y123456789101112131415161718O C M J 48 BO C M J 48 BD S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U7D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U8D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U9D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 10D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 11D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 12D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 13D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 14D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 15D S 18 B 20D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3U 16D S 18 B 20DS1302VCC2X1 X2 GNDCE/RST I/OSCLKVCC11 2 3 45678D S 13 02D S 13 02V C C 圖 液晶顯示電路原理圖 DS1302 日歷時(shí)鐘芯片電路原理圖 DS1302的 VCC2在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供電能并為低電源提供低 功率的電池備份。 21 鍵盤掃描接口電路P4 . 2P4 . 1P4 . 0PPPPPPPPPPPPPPPPPPPP6 . 4P6 . 5P6 . 6PP4 . 7P4 . 6P4 . 5P4 . 4P4 . 3C406uFC416uFXTAL4VCCR40100KR41100KR42100KR43100KR44100KR45100KR46100KR47100KS1S2S3S4S5S6S7S8VCC+5R2510KR30R31R32R33R34R35R36R37+5VCCGNDB1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8DIRGVCC7 4 L S2 4 5112233445566778899101011111212131314141515