【正文】 1） 處理能力強(qiáng) MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，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(jiǎn)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(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。 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(qiáng)大等特點(diǎn)，我們選用 MSP430 單片機(jī)， MSP430 系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器 1996 年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種 16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（ RISC）的混合信號(hào)處理器。 （ 6） 可以接收樓層顯示控制單元和中央控制計(jì)算機(jī)的命令并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制 輸出。 （ 4） 教室檢測(cè)控制單元中數(shù)碼顯示管 可以 顯示教室內(nèi)用電設(shè)備的狀況。 （ 2） 教室檢測(cè)控制單元中有非接觸 IC卡，可以完成學(xué)生上課的基本信息，有 助于教學(xué)管理的效率。 7 3 教室檢測(cè)控制單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 教室檢測(cè)單元是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分之一，它主要的功能表現(xiàn)在對(duì)教室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)等功能上面，它還會(huì)根據(jù)樓層顯示控制單元和中央計(jì)算機(jī)單元的不同要求去控制日光燈和電風(fēng)扇等用電設(shè)備。主控上位機(jī)的信息采集是由監(jiān)控軟件組態(tài)王采用 DDE方式從 CAN適配卡中獲取樓層控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，而樓層控制器的數(shù)據(jù)是通過(guò) RS485 通訊從教室控制器獲取教室的信息。這一部分主要是采集傳感器信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)并且經(jīng)過(guò)單片機(jī) MSP430 收集處理，送到存儲(chǔ)器。在計(jì)算機(jī)上面能顯示部分畫面以及教室使用狀態(tài)和相關(guān)信息在 PC 機(jī)上顯示出來(lái)。 教室遠(yuǎn)程端控制功能 系統(tǒng)采用了原有的教室內(nèi)部用電設(shè)備控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上的教室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)教室實(shí)施相應(yīng)的命令，是的教室的用電設(shè)備能夠及時(shí)的開(kāi)或關(guān)。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能概括為以下幾點(diǎn)： 教室檢測(cè)控制單元數(shù)據(jù)的采集 系統(tǒng)的底層設(shè)備教室檢測(cè)控制單元具有自動(dòng)采集和命令采集兩種模式。本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的串行口和單片機(jī)的串行通訊的功能，采用 RS485 和CAN 通訊模塊分別實(shí)現(xiàn)教室控制單元中的 MSP430 單片機(jī)與樓層顯示控制單元中的 MSP430單片機(jī)，樓層顯示控制單元中的 MSP430 單片機(jī)與中央控制計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)距離通訊。中央控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)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(guò)來(lái)的信息進(jìn)行處理，按要求控制輸出單元，可自動(dòng)或 手動(dòng) 去 對(duì)各控制裝置發(fā)出指令，并可按要求進(jìn)行各類參數(shù)圖像的顯示，軟件主要是由組態(tài)王 和 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。其組成框圖如圖 所示。 圖 教室控制器的組成框圖 圖 教室控制器面板顯示圖 樓層顯示控制單元 樓層顯示控制單元主要對(duì)該樓層教室檢測(cè)單元進(jìn)行集中操作管理、狀態(tài)顯示、通訊控制和維護(hù)每間教室的用電對(duì)象，并協(xié)調(diào)各教室檢測(cè)控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸，使樓層間的管理相互對(duì)立，提高整個(gè)智能教室控制系統(tǒng)的可靠性。此控制單元采用了積木式的組合結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同的需要選用不同的控制模塊進(jìn)行組合，其框圖如圖 所示。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(kāi)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。 圖 智能教室控制系統(tǒng)整體組成框圖 下面詳細(xì)介紹各級(jí)單元及其之間的通訊網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)仿真可以對(duì)教室用電設(shè)備開(kāi)關(guān)狀況、教室溫度、光照強(qiáng)度、學(xué)生人數(shù)、學(xué)生信息等進(jìn)行監(jiān)控 和統(tǒng)計(jì)。本系統(tǒng)采用基于 RS485和 CAN 總線的分布式集散控制系統(tǒng)對(duì)學(xué)校教學(xué)樓用電設(shè)備進(jìn)行控制和管理。 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(kāi)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。 減少開(kāi)支 雖然智能照明系統(tǒng)看似只是具備自動(dòng)開(kāi)關(guān)的功能，但是我們得知道它在提高燈管壽命、減少人力開(kāi)支的同時(shí)，還可以有效的節(jié)約能源。 提高管理水平 與傳統(tǒng)的管理方式不同的是，智能照明控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制為主，人工控制為輔的系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)擁有兩種控制方法： 自動(dòng)開(kāi)關(guān)日光燈， 自動(dòng)調(diào)光。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。由此可見(jiàn)，節(jié)能照明用電，對(duì)節(jié)能具有重要的意義?！督ㄗh》還強(qiáng)調(diào)了能源建設(shè)要發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高利用效率，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。 我們黨在 2020年 10月 11日召開(kāi)的第十五屆中央委員會(huì)第五次會(huì)議通過(guò)的《中國(guó)中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃的建議》中明確指出：“加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 是今后五年至十年一項(xiàng)十分重要的任務(wù)”。 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。 關(guān)鍵詞 ： MSP430 單片機(jī)， CAN， RS485，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，組態(tài)王 II Abstract This topic mainly with the college classroom vulnerability to electric energy waste and teaching management as the main research objective, the design of RS485 and fieldbus control system in order to save the classroom with rational electrical and teaching management based on This paper mainly uses the electronic technology, automatic control technology, work technology and related software, design a set of intelligent classroom bus control system, the whole system is made up of classroom control unit RS485 munication line floor display control unit and CAN bus central puter unit intelligent classroom control system achieved through sensor the temperature, the number of students, the brightness of the lighting, the use of state monitoring and display of the classroom, the classroom now waste of electric energy is the control and management of reasonable. This paper is mainly used MSP430 microcontroller, infrared sensor, temperature sensor, a light sensor and device simulation. This paper mainly is the bination of MCU technology and work technology, reasonable together, this system includes hardware and software design of the structure, function, realization methods. Finally, using the configuration software to build a multifunctional classroom energysaving control system This chapter mainly introduces the classroom detection control unit. Keywords: MSP430, CAN, RS485, work technology, application of III 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................I Abstract ....................................................................................................................... II 1 緒 言 國(guó)內(nèi)概況 .......................................................................................................... 1 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性 .......................................................................... 1 改善學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率 ........................................................... 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究 ......................................................................................... 3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 ...................................................................................... 3 樓層顯示控制單元 ............................................................................... 4 中央計(jì)算機(jī)單元 ................................................................................... 5 通訊網(wǎng)絡(luò) ............................................................................................... 5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 .................................................................................................. 5 教室檢測(cè)控制單元數(shù)據(jù)的采集 ........................................................... 5 教室遠(yuǎn)程端控制功能 ........................................................................... 5 顯示功能 ............................................................................................... 5 系統(tǒng)的整個(gè)工作過(guò)程 ...................................................................................... 6 3 教 室檢測(cè)控制單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .........................