毕业设计（论文）-基于单片机的教室管理系统的研究.doc

SJ006-1毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于单片机的教室管理系统的研究 二级学院： 电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 评阅教师： 职称： 2017年6月摘要 摘要各个高校现在都在不停地扩大，而对教室管理系统的研究也逐渐变得重要。教室内电器的使用不当会造成了大量不必要的浪费，比如电灯、电扇等教室电器；此外老师们在上课时间经常需要花费时间来进行点名，而通过红外传感器来计算教室内的人数，就大大节约了老师们的课堂时间，不用把时间浪费在点名上了。本课题针对智能教室的控制，分析了智能教室中打铃器的控制原理和实现方法，智能教室中其他电器（例如风扇）的控制原理和实现方法，以及智能教室中灯光的控制原理和实现方法和智能教室中红外监控人数的控制原理和实现方法。提出了基于单片机的教室管理系统的设计方案，并对硬件和软件两大部分进行了设计。首先就功能方面进行系统化的分析，对硬件和软件两大部分进行了总体功能设计和工作模块划分。硬件部分采用的是单片机系列的STC89C52芯片作为控制芯片。关键词：单片机、教室管理系统、硬件设计、软件设计AbstractAbstractAll colleges and universities are constantly expanding, and the study of the classroom management system has become increasingly important. The use of electrical appliances in the classroom will eventually caused a lot of unnecessary waste, such as lights, electric fans and other appliances in the classroom; teachers in class time often takes time to call, and through the infrared sensor to calculate the number of classrooms, greatly saving the teachers of classroom time, dont waste your time on roll on.The control for intelligent classroom, analyzes the control principle and implementation method of ringing device in intelligent classroom and other appliances in Intelligent Classroom (such as fan) and the realization method of control principle, control principle and control principle of intelligent infrared monitoring the number of lights in the classroom and the realization method and the intelligent classroom and control method. The design scheme of the classroom management system based on single chip microcomputer is put forward, and the two parts of hardware and software are designed. First of all, the functional aspects of the system analysis, hardware and software for the two major parts of the overall functional design and work module division. The hardware part uses the STC89C52 chip of the singlechip series as the control chip.Key words: single chip microcomputer, classroom management system, hardware design, software design目录目录第1章 绪 论11.1 课题的背景11.2 我国高校教室现状11.3 选题意义21.4 研究的目的和内容21.5本章小结3第2章 教室管理系统的概述42.1系统任务要求42.2 系统总体设计42.3 系统总体组成52.3.1 照明模块52.3.2 打铃模块52.3.3 人数统计模块52.3.4 风扇控制模块62.4各模块间关系62.5系统实现的功能62.6本章小结6第3章 系统硬件设计73.1 原理图简介73.1.1单片机最小系统73.1.2 光线检测电路83.1.3 红外对管检测电路83.1.4 时钟电路103.1.5 风扇控制电路103.1.6 电源电路113.1.7 温度检测电路113.2传感器的选用123.3系统看门狗电路133.4实时时钟电路153.5 DS1302的介绍153.6本章小结16第4章 系统软件设计174.1主程序流程图174.2软件程序编写184.3人数统计系统的软件设计184.4照明灯控制系统的软件设计204.5温度检测软件设计234.6本章小结24第5章 调试结果与分析25第6章 总结与展望266.1总结266.2展望26I绪论第1章 绪 论1.1 课题的背景随着能源的不断减少,还有燃烧煤炭这些资源带来的社会问题也越来越突出，国家现在对节能环保工作的重视程度正在不断地在提高,已经将能源问题设为十一五的工作重点。也提出了“建设节约型社会”的口号。教育部也十分积极地响应,节约型高校的意见随之被提出,然后高中、大学的节能环保工作在开始不断迅速地发展开来。学校是培养人才的基地,由此可以看出提倡环保节约对教育学生有着重大意义。教室是高校教学的重要地方,而大学里的教室一般都是开放管理的模式,学生没有固定的教室和座位，而且楼管员也不过是负责卫生或者是提供教室门的钥匙和登记有课的教室等其他工作。正是因为这样就会出现白天的时候教室内的灯一直开着，晚上教室里没有人时灯也开着的情况，夏天电风扇开着而教室里面没有人的现象在学校里也经常出现。虽然说整个教室的用电量不是很大，但是整个学校的教室数量很多，使用时间也很长，因此教室整体的用电量在学校的用电量中的比重还是很高的，这样就会大量的浪费电力资源。不过，对于教室节能的意义还是有相当一部分学校没有意识到，他们认为教室里只有几盏灯和电风扇，造成的浪费不会很大，所以节能就显得无所谓了。因为电能是不会像水一样用眼睛可以看见的，浪费并不能被察觉。不过从整个学校的角度来看的话，这种浪费就非常大了。学生对教室里人数是不是满了，不知道教室的利用情况的话，就会忽略掉人还较少的教室，这样就出现了教学资源分配不妥的问题等等。现在科技在不断地进步，经济发展也是非常迅速，人民的生活水平就在不断地提高中，用电需求也随之加大，又由于世界性的能源危机，能源的匮乏现在已经成了世界所面临的重大问题。而此问题对我国来说尤为严重。现在很多高中大专大学都在扩招，校园规模也在扩大，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，同时包括电扇、空调等其他电器的管理，往往会造成电力的巨大消耗，因此，提高用电效率成为了首先需要考虑的问题。 1.2 我国高校教室现状现在，全国大多数的教室任然处于开放式的管理，并且管理人员和使用学生的节能意识也没有足够的高，能源浪费这个现象在我国各高校教室还是非常常见且严重的。在白天，有的时候阳光十分充足，但是依然能看到一些教室灯火通明，这样的事情甚至发生在一些无人使用的教室里。晚上，有些教室只有区区几位学生，但是教室的电灯，风扇却一起打开，并且这些学生人走不关灯也是经常的事。这些有形无形的浪费，导致无数电能的损失，也让学校在电费方面加大不必要的开销。据不完全统计，百分之八十的教室都存在或多或少的浪费现象，单个教室不必要的电能浪费很少，但是积少成多，从整个学校甚至整个国家来看，这样的浪费将会变成一个天文数字。根据某个学校的发现，该校教室内估摸有一千套40W的日光灯，每个小时一栋楼大约使用电80度，按照5毛钱一度电来计算，那么一栋楼一小时就要花费40元。平均一栋楼每天使用16个小时，那么一天就是640元。正常一个2万人左右的学校大概会有6栋这样的教学楼，那么一个学校所有教室一天需要花费3840元的电费。换而言之，如果每天教室可以节约出2小时的电，按照一年有9个月的在校学习时间，那么一所学校一年就可以节约129600元的电费。根据中国高校网，全国各地大概有1700所高校，所有学校加起来一年就可以节约2亿多元。逃课也是各个高校一直面临的一个问题，为了检查学生们的考勤情况，老师们不得不每节课花费5-10分钟用来点名，这种不必要的浪费是完全可以被避免的。1.3 选题意义目前大多数学习对教室的智能控制，基本上体现在照明管理上，国内外都己经开始采用，但是对教室灯光的控制，特别是我国教室灯光的智能控制还是比较的不完善，依然是传统的人工控制，在其他几个方面的智能管理就更不用说了。各类院校不断扩招，教室不断的扩建，教室里的用电设备不断增加，教室的管理不完善，就会使得学校电能浪费，造成经济上的损失，另外上课点名也是非常耗时的，种种浪费与现今的节约能源理念相违背。再者说，现代自动化程度的不断提高，计算机技术的不断普及，教室管理也在朝着智能化方向发展。例如灯光自动控制，所有的这些教室管理控制也应当朝着智能的方向发展。于是，开发智能、实用的教室管理系统便具有重要的意义。1.4 研究的目的和内容 研究的目的：针对现在学校教室的管理有很多的不足之处，以提高教室设备的自动控制和管理的效率为目标，本系统准备使用单片机技术、传感器技术、自动化技术还有比较实用的软件平台。教室管理系统时基于单片机的管理系统，通过单片机，我们可以控制教室的风扇，灯光，甚至还可以统计教室的人数，教室的使用状态也可以显示，这样就可以实时监控，又可以控制教室的用电设备等，从而达到教室自动控制的目标。 研究内容： 上位机可以更改下位机的时间，上位机和下位机之间可以相互通信，可以根据PC端所设定的条件控制照明灯具、电扇等，实时统计教室人数。1、 研究上位机与下位机之间如何通信2、研究如何对教室内的人数数据进行采集。1.5本章小结本章主要描述了现在教室管理系统的在国内外的状况，以及对当今高校节能要求的重要性和教室管理系统的研究意义，教室管理系统还是存在很多需要完善的地方，由于我国高校实验废弃物处理尚不规范,亟须根据各校情况建立实验废弃物处理管理系统,使其规范化并且信息化、高效化.相对于实验废弃物的非原位处理模式,原位处理模式更加体现了排出者责任原则,将环境风险局限于小范围,是值得高校采取并发展起来的处理模式,也将解决现有的部分处理难题.确定了本文的研究内容和方向。45教室管理系统的概述第2章 教室管理系统的概述2.1系统任务要求教室管理系统是一个综合性设计课题，分为上位机（PC）软件和下位机（单片机）软硬件两个部分的设计。上位机可以实时显示教学楼所有教室里的电器状态并管理，可以根据学期日程和上课时间制定出打铃时间表，可以校准下位机的时间，可以和下位机实时通信；下位机可以和上位机实时通信，可以根据设定的条件控制打铃器、照明灯具、电扇和门锁等，可以实时统计教室人数。 目标（指标）要求：1.完成下位机的电路图和软件；2.完成上位机的软件；3.完成毕业设计说明书和相关资料；4.实现仿真演示或实物演示。2.2 系统总体设计本设计采用STC89C52作为控制模块核心部件，控制教室的打铃，灯光、门锁和风扇的管理，并且可以对教室人数进行实时监控。图2-1为整个教室管理系统设计框图：STC89C52温度检测部分风扇控制电路LED灯控制电路时钟电路光线检测部分显示模块电路红外对管电路独立按键操作电路电源图2-1 系统设计框图 2.3 系统总体组成基于单片机的教室管理系统采用的是单片机系列的STC89C52芯片作为控制芯片。对教室时间、灯光和风扇的进行管理及控制，并且可以统计使用教室的人数。下面详细阐述系统的各个模块。2.3.1 照明模块本次设计中采用的是单片机系列的STC89C52芯片作为控制芯片，设计初拟定了2个方案，方案一是利用热释红外人体传感器，此传感器可以对到人体的存在进行检测，同时在对教室内光照强度检测方面，可以使用光敏三极管；通过是对否有人存在和光照强度的判断，就可以控制教室的灯光，进而减少了教室用电的浪费。方案二是用单片机作为核心，但对照明灯具采用人为控制。教室里是人为去控制电灯，同样这个方案会用到红外传感器，用来检测室内无人时自动关闭电灯，杜绝长明灯的现象。综上，考虑到有时教室因为特殊需要，例如有时使用投影仪，需要教室光照强度低。本次设计决定将方案一与方案二结合起来，灯光既可以自动开启关闭 ，也可以根据实际情况被人为的开启或关闭。2.3.2 打铃模块本文介绍的单片机定时打铃器,用AT89C52及其他器件组成。本机使用两个按键来校准时间，显示时间的部分由LED数码管实现。只显示时和分,不显示秒数，本机可存储一张作息时间表。该打铃器,操作简便,开机后,整机处于校时状态,按动校时计数键可校到预置的星期几,再按一次校时功能键,提示符指示,表明要校小时数,按数字键可校到预定的小时数,再按校对功能键,提示符指示,表明要校分,按数字键,可校到预置的分值。再按功能键,即显示预定的小时、分值。再按计数键、计时开始,计算机进入控时工作程序。该机校时按键,可以瞬间一按一起地计数校时,也可以一直按下计数键,由计算机控制自动计数,时间一经校好,下位机自动计时,并按已经设置好的作息时间表打铃。2.3.3 人数统计模块设计初拟定2个方案，第一个方案是将压力传感器安装在教室的座位下。当有人坐下时，压力传感器就会传递信息。处理器会记录数据并进行统计；第二个方案是在教室门的里外各装一对红外传感器。根据红外传感器接收信号的顺序，就可以对这个人的进出进行判断。比如说，门外的红外传感器先接收到了信号，然后门内的红外传感器再接收到信号，此时系统则会判断有人进入教室，换言之，门内先接收到信号，门外后接收到信号，则是有人出去。通过比较分析，第一种方案过于复杂，且成本太高，又不容易维护。第二种方案结构相对较为简单，成本也低，所以在本次设计将会采用第二个方案，来实现教室人数的统计功能。2.3.4 风扇控制模块本模块设计为，可以手动控制风扇，也可以在温度达到一定值时自动开启。类似灯光控制的设计思想，因为普遍而言风扇在有需要的时候会被人为开启，而主要需要我们设计的是电扇的自动关闭。所以可以使用红外传感器检测人数，当检测显示为无人时，风扇将会自动关闭。本次采用数字温度芯片DS18B20测量温度，便于单片机的控制,且该芯片十分稳定,在0100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。2.4各模块间关系灯光和风扇可以被打开的共同前提是教室内检测到人，当光照强度弱时灯光自动开启，当温度达到设定的温度值时风扇自动开启。 温度检测 光照强度 人体检测 风扇 控制部分 灯光 人数统计2.5系统实现的功能上位机可以实时显示年月日以及精确到秒的具体时间，可以显示教室人数，以及教室内温度，可以和下位机实时通信；下位机可以和上位机实时通信，可以根据设定的条件控制照明灯具、电扇等，可以实时显示教室内的人数。2.6本章小结本章对整个教室进行研究，提出了系统及各部分模块的框图，包括照明模块，人数统计模块，风扇控制模块，对各个模块进行了方案分析，并且分析了各个模块之间的相互作用，分析了各模块所需用到了元器件，为下文的具体涉及提供了基础。系统硬件设计第3章 系统硬件设计3.1 原理图简介3.1.1单片机最小系统 电源时钟电路为保证单片机能够维持最基本的工作能力，就需要用一些元件来构成一个最小系统来供应单片机的电源，并提供时钟还有复位功能等。其组成框图如图3-1所示：单片机输出/输入复位电路图3-1单片机最小系统框图复位电路：上电复位和按钮复位是使单片机的常见方法。其中上电复位是在单片机得到电的瞬间，在复位引脚上出现大于一定时间的正脉冲，从而能够使单片机进入复位状态。而按钮复位是在使用者按下RST按钮时，经过复位电路中的电阻对电容充电，这时复位电路上的电容上电压产生的过程会有一定宽度的，反相后产生正脉冲，从而能够实现上电复位。时钟电路：由片内的定时电路和时钟电路来实现单片机的定时控制功能。其中片内的时钟产生方式有内部时钟方和外部时钟两种方式。本次设计使用的是内部时钟方式。其片内高增益反相放大器通过两个晶振外接作为反馈元件的晶体与电容组成的并联谐振回路，构成一个自激振荡器向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.212MHz之间任选；单片机:电路中通常使用10微伏左右极性电容的来制定单片机的复位时间。复位电路中晶振的振荡频率越大单片机的处理速度越快，故可以在有需要的情况下使用更高频率的晶振。图3-2单片机最小系统3.1.2 光线检测电路图3-3 光线检测电路LM339是运算放大器，这里的作用的作为电压比较器用，电压比较器的主要原理是当输入电压V+V-时，输出高电平，当输入电压V+-，比较器2脚输出高电平；黑暗的时候，光敏电阻阻值较大，分到的电压高，电压是大于2.5V的，所以+V-时，输出高电平，当输入电压V+V-时，输出低电平（这里第4脚是V- ，第5脚是V+，第2脚是输出）。LED7和LED6为红外接收管，LED9和LED9为红外发射管，R21和R22限流保护发射管，R12和R13是接收端的上拉电阻，为了能够得到高电平。有遮挡的时候，红外光通过遮挡物发射被接收管接收到，接收管导通接地，此时电压低于+输入端的2.5V，+-，输出高电平，LED指示灯灭。单片机靠判断低电平来知道有东西遮挡或经过。系统硬件设计3.1.4 时钟电路图3-5 时钟电路U1为时钟芯片DS1302，通过第5.6.7脚与单片机相连，通过程序读取时钟芯片发过来的时间再显示。J1为纽扣电池，即备用电池，因为时间一直需要走，当外界电源没有关闭时，这里的纽扣电池就直接向时钟芯片供电，防止时间停止或异常。R2.R3.R4为上拉电阻，这里的主要作用是提高抗干扰能力。Y1是晶振，原理同单片机的晶振一样，都是提供振荡信号给芯片，芯片才能正常运行，这里芯片规定的晶振大小为32768Hz。3.1.5 风扇控制电路图3-6 风扇控制电路J2为负载接口，此处为USB，单片机控制FAN的高低电平来让USB是否得电工作，Q1为三极管，PNP型，所以此处FAN为低电平时，三极管开通，+5V电源经过三极管直接加到USB +上面，得电工作，相反为高电平时，三极管截止，USB口不得电。R23做限流用，保护三极管，提供基极电流，C2 C8滤波稳压。3.1.6 电源电路图3-7 电源电路这是电源部分，电池盒接入插座，通过开关，再经过两个电容滤波，为了得到更稳更干净的电源，后面是电源指示灯3.1.7 温度检测电路图3-8 温度检测电路单片机通过单总线协议，读取DS18B20发过来的数据并进行运算，最终得出温度值。R18为上拉电阻，此处的作用是增强抗干扰能力。3.2 51单片机和PC机之间通信的软件设计总体功能设计：通过分析，教室管理系统大概需要带有这么几个功能:l.上位机和单片机都可以给对方发送和接收数据，可以异步串行通信;2.通过上位机的键盘给下位机发送命令，当单片机收到命令时，再转到LED将其显示出来。单片机模块图如图3-9。主程序键盘处理LED显示数据接收数据发送图3-9单片机模块框图3.2传感器的选用在这次设计里面，我选择了一种传感器，热释电用红外传感器，这种传感器的主要部分是一对红外对管。本文所描述的红外对管有两个重要的原件，一个是红外线发射二极管，另外一个就是红外敏感三极管。要是没有人打断发射管和接收管之间的红外线的话，两管之间的传递线路就不会被打断，就可以接通红外敏感三极管，然后低电平就可以释放。反而再有人通过时，传递线路就被人体打断了，在这个短暂的过程当中，红外敏感三极管就被截断停止了，然后发出比较高的电平。需要注意的是，不能直接接在单片机外面的终端脚上，因为单片机外部的终端引脚会产生中断请求信号在接收到负跳动信号的时候，然而传感器输出的高电平信号是3伏的。根据这些重要内容，设计的时候三极管就要用来当做反相器，这样反向后的检测信号就可以接到单片机上了。另外，在实际当中还会用到两个一模一样的信号采集电路，这是用来判断人是进去的还是出来的。只不过两个电路接在不同位置的传感器上。有一对红外对管是装在教室门的外部和内部的，而且是分别装，需要注意的是，一定要装在同一条线上，否则信号就不能被对面的接收管收到，安装的高度一般放在一米左右，这是最合适的位置，宽度大概就是门的宽度，只要保证可以一次通过一人就可以了，有人从外面进去时，外面的传感器就会被第一个触碰到，然后接触到靠内的传感器，这样计数就加一;相反的，从教室内离开时就会先接触到靠内的传感器，再经过靠外的传感器，计数就减一。这样人们到底是进入教室还是从教室里出来就可以判断出来，进出的人数差就是教室里现在的人数了。红外计数电路图如图 3-10 所示图3-10 红外计数电路热释电用红外传感器的主要成分是一种高热电系数的材料，还有像锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等材料，这种传感器的大小差不多是2*1mm。探测器的温度升高时，会产生一些干扰，为了消除这样的干扰，就要在每个探测器里面装一个到两个探测元件，而且这个探测元件要以反极性串联起来。探测器探测到红外辐射后就会接收这个辐射，然后把它变成电压信号，这个信号是比较微弱的，但是探头里的场效应会将其放大，然后想外输出。要想提高探测的灵敏性，又要增大探测距离的长度，菲涅尔透镜就派上用场了。这是用透明的塑料做成的，透镜的上下部分分成了相同的好多部分，然后做成了另外一种透镜。菲涅尔透镜有特别的应用的道理，那就是光学原理，会有不断交互变换的盲区和高灵敏区在探测器的前边出现，这样是为了提升它的探测的灵敏性，包括接收的灵敏性。原理就是，有人路过透镜的时候，人体的红外线就会不停地从盲区出来然后进入到高灵敏区，这样就能增强能量的幅度，因为接收到的红外信号用脉冲的形式输入了，而且这种脉冲式一会强一会弱的。人的身体能够发出的红外线中心波的长度在9um到10um之间，但是用来探测的那些元件对波长的灵敏度差不多稳定在0.2um到20um之间。要测出人体红外辐射，它的波长在一定的范围内最合适，但是对于其他的波长的红外线就被滤光片给吸收掉了，人体辐射的红外线传感器就是这么来的。3.3系统看门狗电路在单片机运作的这段时间中，会经常出现程序跑飞、死机还有整机瘫痪等情况，这些情况的发生是因为外界会有一定的干扰。为了恢复工作在有问题发生的时候，只能采用重新恢复位置的途径，因此还应该会在硬件的设定计划中加上看门狗电路，这是一种可以发出一个复位的信号的电路，是发送给单片机的，在单片机死机的时刻，可以复位单片机，让它重新开始执行那段程序。由于系统同时需要用到看门狗电路和EEPROM，于是本设计中将使用芯片X5045。看门狗定时器、复位控制和EEPROM，这些功能是X5045经常用到的功能。这三种功能是集成在单个8引脚封装的CMOS器件内，如果想要在较大的程度上降低系统的成本的话，可以组合电源监控和看门狗功能，另外还有高速三线并非容易失去性能存储器结合在一起，这样就腾出了不少的电路板控件，图3-11是X5045的引脚排列图：图3-11 X5045的引脚图 表2-2所示的是状态寄存器，一共有6位存在于X5045状态寄存器当中。其中看门狗电路和WD1、WDO是有关联的，其余的位和EEPROM相关联。表3-1 状态寄存器看门狗电路的确定时间的长短可以被具体的应用程序的循环周期来决策，一般情况下，这个时间只要比系统正常的工作时间最大的循环周期的时间稍微长一点就足够了。图3-12所示的是X5045硬件的部分连接图。图3-12 系统看门狗电路系统看门狗电路是通过系统数据存档和问题保护部分组建的，X5045其实就是一种串行通话的EEPROM，它有500多个字节，而且它还有两个重要的功能，那就是看门狗和监控电源的功能，在复位发出的端口外面接上一个10千欧的上拉电阻，就可以让复位效果变得更好更可靠。而且还有和51单片机的复位端连起来才行。电的源头在上电或者掉电的这段时间里，看门狗可以发射一个复位的信号。这个芯片还有一个看门狗定时器，这个定时器是1.4秒，可以用来监控单片机的工作状况。要是在这个时间段里没有检测到工作的话，或者出现问题，内部定时器会让看门狗WD1变成低电平，用来保护系统，这样就不会出现死机，跑偏程序或者是进入到死循环等意外情况了。3.4实时时钟电路比如说DS1302、DS1307、PCF8485等，这些都是现在常用的串行时钟，用的是比较多的。因为这些电路相对来说既简单又便宜，除了这个，它用起来也是相当方便的，所以应用的就比较多。在这片文章里也用到了实时时钟电路，DS1302就是我所用到芯片，这是美国一家公司发明的电路，而且它还带有充电的功能，串行数据的传输是这个电路的最主要的特长，这样可以提供编程充电的能力给需要掉电保护的电源，这个充电的功能还是可以被关掉的。在这个电路中还需要使用频率为32.768HZ的晶振。实时时钟电路电路图如图3-13：图3-13 实时时钟电路图3.5 DS1302的介绍DS1302芯片的性能不低，它不会产生很高的功耗，这是一种很好用的时钟芯片，这种芯片是美国的一家知名公司推出的。而且如果是闰年的话，可以自动补偿。工作电压的宽度为2.5V5.5V。这种芯片的供电方式采取的是双电源供电，也就是主电源和备用电源，还可以设定这个储备电源的方法，让其如何充电，同时给储备电源充电的过程也是提供的。DS1302的外部引脚分配如图所示，图2为内部结构图。下图为DS1302功能引脚图。图3-14 DS1302功能引脚图DS1302工作原理：DS1302 的控制字符表示。控制字节会有一个最高有效位，这个位就一定要是逻辑1，要是这个换成0就不行，然后数据就不能被写到芯片里去了。位6要是是0的话，就代表存入取出日历的时钟数据，是1就代表存取数据RAM；输入输出。当控制命令输进去后，下一个时钟上升时，就可以把数据写到芯片里，写入数据的顺序是从0开始的。3.6本章小结本文主要对每个模块功能的具体的硬件实现电路的设计展开了深入的研究和分析，同时对本系统采用的单片机控制中心做了详细的描述。另外对每个模块设计到的重要原件做了详细的介绍以及原理解释。由此可见，本系统在硬件设计上基本完成了所要求的各项功能。系统软件设计第4章 系统软件设计4.1主程序流程图开始根据人数开灯回复数据设置时间YNN向DS1302发送请求设实时时间？Y到达设定时间Y关灯设定时YN自动模式手动模式灯亮自动模式灯亮N设置定时光线处于暗弱统计有人YY开关按下开灯/风扇关灯/风扇NY温度过高开风扇关风扇YN读取温度并显示4.2软件程序编写在这次设计的时候，用到了Keil。这是用来编写程序和调试程序的软件开发系统。这个系统是由知名公司开发的。C语言是设计时的源程序，这个软件可以编译、宏汇编、连接和管理库，另外还可以仿真，模拟，这些功能都具有，简单方便使用的具有强大功能的软件开发和调试的环境也提供给了51单片机。Keil是用来编写C语言的很好用的一个软件，因为它集成环境是很方便使用的，而且软件仿真也非常强大。4.3人数统计系统的软件设计（1）没有人经过时。就没有物体打断两个传感器间的信号传递线路，那就没有中断信号可以发出去，所以单片机的技术就不会改变。（2）有人正常进出教室时。这个时候其中的一个传感器是会先被触动的，接下来就会碰到另外一个。那么就有好几个连续的中断信号发给到单片机，这种情况下就可以判断进出。进去的话就在人数统计上加1，出去的话就在人数统计上减1。系统在最初状态的时候教室里没有人的话，人数就设为0。假如有人进来,那么人体就会将信号中断，这样的话放在教室门外的那个传感器就会先感应到人体,那么红外接收管的端口信号的电平就从高到低开始发生改变，这时会有短暂的延迟,当这个人进教室的时候，就会经过门内的传感器，接收管就会收到一个信号，这个信号会从高电平变成低电平，数码管就会加1，这就表示已经进去教室一个人了。相反的出教室就是减1，总之最后结果就是当前教室里的人数。人数统计的主要程序如下：void Count_Value(void)SetTime_dispaly(0x80+3,Value1);if(IN1=0)delay1(1);if(IN1=0)while(!IN1);if(OUT1_flag=0)IN1_flag=1;TR0=1; /开启定时器 防止误触发if(OUT1_flag=1)Value1+; /人数增加if(Value1=99) /如果人数计数到99，变为最大99Value1=99;OUT1_flag=0; /清零IN1_flag=0;TR0=0; /关闭定时器Count=0;Miao=0;if(OUT1=0)delay1(1);if(OUT1=0)while(!OUT1);if(IN1_flag=0)OUT1_flag=1;TR0=1; /开启定时器 防止误触发if(IN1_flag=1)Value1-;/人数减少if(Value1=Set_L)&(Now0)&(Value1=10)&(Value1=20)&(Value1=30)LAMP1=0;/亮四个灯LAMP2=0;LAMP3=0;LAMP4=0;if(LIGHT1=1) /光线强烈LAMP1=1;/全灭LAMP2=1;LAMP3=1;LAMP4=1;if(NowSet_H)/实时时间不在范围内LAMP1=1;/全灭LAMP2=1;LAMP3=1;LAMP4=1;开始教室照明控制系统流程图如图4-2所示N在工作时间内 YN是否有人 Y N亮度不够 Y 不开启灯泡开启灯泡返回子程序图4-2 教室照明控制系统流程图4.5温度检测软件设计根据之前选用的方案，本次设计温度检测的设计相大致是这样的。在教室工作时间内且教室有人的情况下，温度达到设定的值，风扇便会自动开启。当然，在教室工作时间内，风扇也可以因需要被人为开启。但是，只要教室无人或者不在教室工作时间内，则风扇无法被开启。部分程序如下：int readtemperature()/读整数部分 int a,b;/高八位，低八位ds18b20_init();write_byte(0xcc); /跳过rom匹配，跳过读序列号的操作，可节省操作时间write_byte(0x44); /启动温度检测delay(300); /测温度ds18b20_init(); /开始操作前需要复位write_byte(0xcc);/跳过rom匹配write_byte(0xbe); /写读寄存器中温度值的命令a=read_byte(); /low 低位开始读取b=read_byte(); /high 高位开始读取b=0)/如果温度大于等于0b=b*0.0625;/直接乘以0.0625write_com(0x80+0x40+2);/在LCD1602对应的位置不写内容write_date(0x20); else/温度小于0b=b+1;/取反码再加一b=b*0.0625;/再运算write_com(0x80+0x40+2);/在LCD1602对应的位置写一个负号write_date(0x2d);return b;/返回b，此时以表示温度开始风扇系统如图4-3所示N在工作时间内NY是否有人 NY温度达到NY不开启风扇开启风扇返回子程序图4-3 风扇系统流程图4.6打铃系统软件设计响铃是系统自动到规定的时间则把蜂鸣器置低，这样蜂鸣器就会鸣叫，从而达到响铃的效果。在本设计中，该系统每秒都会判断是否达到预定响铃时间，若达到响铃时间，则蜂鸣器发出声音，经过N秒后，蜂鸣器停止发声。本次设计时间可以在最后的控制界面改动，以学校作息时间为例，作息时间表如表4.1。系统的流程图如图4-4：表4.1 作息时间表序号时段节序时间1上午第一节8:00-8:452上午第二节8:50-9:353上午第三节9:50-10:354上午第四节10.4011.255上午第五节11:30-12:156下午第六节13:30-14:157下午第七节14:20-15:058下午第八节15:20-16:059下午第九节16:15-17:10开始每秒判断是否到达响铃时间YY播放音乐结束过N秒判断是否还在播放图4-4打铃系统流程图4.7本章小结本章主要讲述了教室管理系统整个的软件设计，包括设计结构，不同模块的软件设计，分别有上位机界面的设计，系统整体的软件设计等，同时本章也提供了各系统所需要的流程图。调试结果与分析第5章 调试结果与分析本次设计仿真使用仿真软件ProteusProteus概述：Proteus这款仿真软件十分出名，这是现在世界上仅有的能够将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件结合在一起的设计平台，因为它的处理器模型支持的型号有8051，所以我们在做单片机设计时都会使用这个软件。Proteus软件还拥有其它功能。这些功能是：(1) 原理布图(2) PCB自动或人工布线(3) SPICE电路仿真 像51单片机、AVR、pic等系列的主流单片机都可以通过它来施行仿真。本次设计仿真图如图所示：图5-1 仿真图总结与展望第6章 总结与展望6.1总结在本次设计中，我首先经过对当今社会教室的使用情况进行大概的描述，体现出智能教室在各方面的优秀作用，根据一些实际情况展开对智能教室的设计。接着通过查看文献，对智能教室的研究有了更深层次的理解，然后初步形成了教室系统的基本框架。本文把教室作为研究对象，分为照明、打铃、人数统计、风扇控制四个模块，并对各个模块进行了可行方案分分析和比较。再对最终选取方案进行详细的描述。其中，在设计初，我一度对教室的打铃系统难以下手，不知道如何控制这种不规律的打铃系统，甚至想过去掉它，但是由于打铃是教室的重要部分，所以必须想办法克服困难去解决。 本文主要做了以下内容：（1）设计系统的总体框架。在对这个系统想要实现的目标进行设想后，制定了系统的大体结构。从分模块设计的角度切入进行了划分。（2）对各个模块分别进行设计。在查阅资料后，对每个部分进行方案的讨论及对比。完成整个设计。（3）软件编程。是对每个模块的进行设计，包括程序，只要能够实现各个模块的功能，实现整个系统的功能就不难了。6.2展望做到这里一个完整的教室管理系统的设计与研究就已经差不多了，整个研究的过程中也遇到了许多非常棘手且难以解决的问题，因为这些问题不知道如何解决，