酒店客房环境监测与控制系统设计

酒店客房环境监测与控制系统设计摘要：在经济日趋繁荣的时代，酒店扮演着越来越重要的角色。客房作为酒店的关键部分，占据着独一无二的地位，其作用可谓是举足轻重。客房的主要任务就是为客人提供一个舒适、安静、优雅、安全的住宿休息环境。由于客房人口流动性大，对于有携带易燃易爆等危险物品的客人，或因意外原因造成火灾以及房屋温湿度达不到要求，给客人造成不好的居住体验，这都会给酒店带来难以估量的损失。而大型酒店客房控制系统采用集中区域控制的方式，其系统比较复杂、成本较高。对于酒店客房小型环境监测单位，则适合设置一种单一、廉价实用的环境监测装置。因此，研制一种结构简单、价格低廉的酒店客房环境监测系统与控制是非常有必要的。酒店客房环境监测与控制系统模块包括A/D转换模块、温湿度传感器、继电器扩展模块、光强检测模块等部分，通过对温度、湿度、光强的数值的采集，实现对酒店客房环境的检测，通过AT89C51单片机来采集相关的温度、湿度、光强的各个变量，通过时钟芯片在液晶屏实时的显示各种状态，不在设定的预定值内时进行警报并且通过后续的控制电路进行调节控制。关键词：AT89C51单片机；LCD1602；DHT11DesignofOfficeAreaLightingControlBasedonLabviewAbsrtact:Intheeraofeconomicprosperity,hotelsplayanincreasinglyimportantrole.Asakeypartofthehotel,theguestroomoccupiesauniquepositionanditsroleisveryimportant.Themaintaskoftheguestroomistoprovideacomfortable,quiet,elegantandsafeaccommodationandrestenvironmentforguests.Duetothelargemobilityofguestroompopulation,forguestswithdangerousitemssuchasflammableandexplosive,orbecauseofaccidentscausedbyfireandthehousetemperatureandhumiditycannotmeettherequirements,causingguestsabadlivingexperience,whichwillbringincalculablelossestothehotel.Butthelargehotelroomcontrolsystemadoptsthecentralizedareacontrolway,itssystemisquitecomplex,thecostishigh.Forsmallenvironmentalmonitoringunitsinhotelrooms,itissuitabletosetupasingle,cheapandpracticalenvironmentalmonitoringdevice.Therefore,itisnecessarytodevelopasimplestructureandlowpricehotelroomenvironmentmonitoringsystemandcontrol.ThehotelroomenvironmentmonitoringandcontrolsystemmoduleincludesA/Dconversionmodule,temperatureandhumiditysensor,relayexpansionmodule,lightintensitydetectionmoduleandsoon.Throughtheacquisitionoftemperature,humidity,lightintensityvalue,toachievethehotelroomenvironmentdetection,throughAT89C51single-chipcomputertocollecttherelevanttemperature,humidity,lightintensityvariables,throughtheclockchipintheLCDscreenreal-timedisplayofvariousstates,notsetwithinthepredeterminedvalueofthealarmandthroughthesubsequentcontrolcircuittoadjustthecontrol.Keywords:AT89C51；singlechip；LED1602；DHT11基于Labview的办公区域照明控制设计酒店客房的环境检测与控制设计1概述1.1本课题的研究背景最近这几年来，伴随着旅游行业的快速进展，人们的生活中也不可缺少的加入了智慧旅游，越来越多人也把视野放入到智慧酒店中。智慧酒店也开始变得更加规范，与此同时，它的规模也变得越来越大。酒店的环境更加优雅，管理的方式也变得更规范更智能，推广的途径也变得更多，收款的途径也变得各式各样。1.2智慧酒店的概念智慧酒店在最近这几年人们开始提出的一个新颖的理念，，也是目前酒店应该在未来发展的一直趋势，可是现在酒店想要改变是很有难度的，许多酒店管理者在考虑转型上不知从何做起。那是由于这个概念在现代还是人们考虑的对象，人们还没有在它定义上保持一致。它就要求酒店能有自己的一套独特的管理机制，并且他的管理系统是十分完整和智能化的。为了提高居住者的好感度，智慧酒店通过数字化和网络，可以了解客户的信息，来进行酒店的对于住户个人化的服务，使酒店的服务更加贴合住户，从而使住户对酒店更有好感更满意。这使酒店更加高效的使用它自己的条件，并且充分使用社会资源。但是，目前很多酒店的硬件设施还未完善，这使酒店只能先从它开始入手进行升级，提升住户的住宿体验还不能操之过急，目前的状况只能一步一步脚踏实地的进行。智慧酒店在云计算和物联网、移动通讯技术、人工智能技术上和别的技术有所不同，正是这四个方面集中在一起才让智慧酒店从概念变成现实。1.3智慧酒店的现状和发展目前的预定酒店的方式除了通过他本酒店的官方网站预定之外，还可以去手机app上下载携程、飞猪等知名旅游软件查看其他旅游客户的信息。除此之外，还有很多手机app的发展，也意味着酒店的推广方式更加多样化，更多的酒店抓住时机在微博上推广自己酒店的优势作为另一种智慧营销的方式，现在酒店可以在越来越多的软件上推广自身的酒店信息，来是客人更加全面了解酒店。以后，酒店可以通过更多全面的app来使客户了解自己酒店的环境和服务，这样就能是客人能选择适合自己的酒店。各大酒店行业将迎来全新的转型机遇，智能、品质的提升将是衡量一个酒店发展的重要标准。随着人们一步步的建设智慧酒店，其他传统酒店的管理能力和服务质量也势必会更加全面更加系统，从而渐渐的从根本上改变目前酒店的获利和运作方式。智慧酒店它能够是酒店的盈利得到提升。智慧酒店的推出在很大程度上减少了酒店的能源损耗，这让酒店大大降低了使用的费用，目前酒店越来越智能，就能使酒店在清理方面减少费用，使用的人工也大大减少。在成为智慧酒店后，酒店就能够通过网络来介绍自己的酒店内容，使得住户能更好的了解酒店，从而使酒店得以更好的推广，酒店的生意也越来越好。智慧酒店是在未来能更好的贴合现代社会的发展，它能够更好的切合未来旅游行业的发展，所以它在未来必定会成为酒店发展的一种常态，能使酒店在未来经济发展中不会衰落下去。2环境监测与控制系统方案设计2.1设计原理本次设计的思路是根据单片机的工作原理，利用温湿度传感器和光度传感器的特性，设计模拟量转换为数字量的电路、复位电路、晶振电路、声光报警电路、继电器扩展电路等电路，用AT89C51单片机来采集相关的温度、湿度、光强的各个变量，通过时钟芯片在液晶屏实时的显示各种状态，不在设定的预定值内时进行警报并且通过后续的控制电路进行调节控制。2.2系统总体结构图2-1系统总体结构图我做的这次毕设模块包括A/D转换模块、温湿度传感器、继电器扩展模块、光强检测模块等部分，另外这次毕设的重中之重是单片机，我所使用的是AT89C51，它可以让系统正常使用，使用各个端口来使各个模块正常使用它们的功能，余下的就形成一个能够工作的个体。设定两个数值，然后检测温度、湿度和光照强度，如果在预定值以外报警模块就会进行警报，如果在预定值以内就不会，DHT11是用来检测酒店温度和湿度的，光强电路用来检测光照强度。然后通过AT89C51单片机来采集相关的温度、湿度、光强的各个变量，通过时钟芯片在液晶屏实时的显示各种状态，不在设定的预定值内时进行警报并且通过后续的控制电路进行调节控制。2.3设计方案2.3.1单片机的选择方案一:PIC单片机是美国的一家公司生产的单片机，从低端到高端的单片机具有非常多的选择型号，包含了常规的8位单片机、16位单片机以及性能更高的32位单片机。PIC单片机的主要应用场合是在工控设备应用中，工业应用中对单片机的性能也是有要求的，温度范围比较宽泛，可以适应高低温多场合的应用。由于工业现场的干扰因素不确定，要求单片机的抗干扰要非常的稳定，所以也导致了PIC的成本相对较高。PIC单片机的编写环境需要采用专用的软件配套，包括整套的烧写程序，很少的支持串口烧写的方式。方案二：STM32单片机是意法半导体生产的一种处理器，采用ARM内核进行设计。STM32的开发资源相对较多，网上也有许多的参考资料可以进行开发设计参考。STM32单片机的应用场合主要是消费类别的场合，处理速度相对也是较快。ARM内核的开发相对于基础的51系列的内核来说还是复杂一些。但是单片机的资源与处理速度是优于51内核的单片机系统的。方案三：STC系列的单片机是国产的一种单片机，STC单片机的开发资料是非常多的，非常的适合做相对简单的设备控制系统，单片机的调试只要使用USB转TTL模块就可以进行调试，下载程序。我选用的是AT89C51，AT89C51有指令简单，易学易懂，外围电路简单，硬件设计方便，io口操作简单，无方向寄存器，资源丰富，一般设计足够用了，价格便宜，容易购买，资源丰富容易查到，程序烧写简单，好多优点。2.3.2温湿度传感器的选择方案一：我是先选择了DS18B20温度传感器。它在市场上流通还是比较多的，，他的优点很多：DS18B20大小不大，费用也比较低，不太容易被干扰，接线方便。可以运用在很多地方。它可以按照应用程序来改变他的外表。封装DS18B20能运用在不同的一般温度数值范围内的检测。DS18B20的连接方式比较简单，与单片机相连的时候只需要通过一根数据线就可以进行数据的传输，DS18B20的开销也较低，它不需要多少外部元器件，只需要在控制总线上接一个弱上拉电阻即可。同时，DS18B20可以不需要外接电源可以直接通过这根数据线对DS18B20进行供电。该温度传感器的测温范围在负55度到正125度之间，与此同时在负10度到正八十五度之间该传感器的测温误差不会超过0.5度。方案二：我是选用了DHT11温湿度传感器。DHT11温湿度传感器是一件组装有已经经过校对验准的可以输出数字温度信号和数字湿度信号的传感器，可以同时检测出节点所在环境的温度值和湿度值。它有着长时间工作而不出意外的性能，十分可靠，而且不需要任何额外的部件，工作时能量的消耗和损耗非常低，对周围环境的感应很灵敏，可以很好的抵挡外界的干扰。同时，它的价格相对于它所专用的技术而言，包含温度与湿度的传感技术和数字信号采集技术，可以说十分划算，物超所值。其为4引脚设计，安装连接非常方便。DHT11，它基本可以满足我这次毕设的实现要求，而且使用比较方便，性能可靠，成本效益高，所以选择第二种。2.2.3液晶显示屏的选择12864128X64CPU它具有光标显示、屏幕切换、睡眠模式等多个功能。LCD160216*232两者相比较，他们实现功能的原理是相差无几的，12864相比LCD1602它的字符更多，但是LCD1602更加适合运用在要求更高，在我这次毕设中，LCD1602比较便宜花费小，而且他也基本满足我这次比毕设所能实现的功能，所以我会选择LCD1602。3硬件电路设计3.1AT89C51单片机及电路3.1.1AT89C51的简介单片机的完整称呼是集成电路芯片，别名是单片微控制器，指集成了例如ROM，I/O数据口，CPU，计时器/计数器和中断系统之类全功能组件的半导体芯片。用不是特别专业的话说，单片机是统一电路芯片，它们都具有集成电路的独特外观，外壳由黑色固体塑料或其他材料制成，两侧是整齐排列的金属销。AT89C5是一个低电压，好效率的CMOS8微处理器，它使用ATMEL技艺制造，在很多工业要求上，它的基本满足需求，在系统中具有智能8位CPU和可编程闪存的芯片上，它使得嵌入控制系统变得更加灵活且省钱。3.1.2AT98C51设计电路图3.1AT89C51引脚图3.2显示电路3.2.1lcd1602简介显示器选择LCD1602显示器，LCD显示器上有5×7或5×10点阵的字符显示。每一个显示位可以显示一个字符，显示模块可以分为每行8，16，20，24，32，40六种规格。分为一行，两行，四行三种。引脚1为接地引脚，引脚2为电源引脚，引脚3通过10k电路接地，可以用作背光调节器，背光通过不同点位来控制亮度，引脚4，5，6是控制引脚，分别连接到单片机p2.5，p2.6，p2.7端口，单片机的p0口用于连接数据接口，对应于引脚7-14，用处是传输数据，引脚15接电源，引脚16接地，作为背光控制脚。 3.2.2LCD1602液晶显示设计电路图3-2LCD显示电路图3.3DHT11温湿度传感器该传感器内部自带数字信号输出，内部集成了电阻式湿度检测元件和一个NTC测温元件，并与一个8位单片机连接。每一个DHT11元件都是在精确的调校环境下进行调试的，所以这个产品的质量很好，也具有很好的抗干扰能力，价格便宜性价比高，都是它的优点。DHT11体积小，功耗低，信号传输距离远，所以它能在各种环境下使用而不用担心，是一个绝佳的选择。该产品的4个针脚进行单排封装的。它的实物图如下：图3-3DHT11传感器实物图引脚说明：Pin1:电源引脚，供电电压是3到5.5伏。Pin2串行数据，单总线。Pin3:空脚，请悬浮。Pin4，接地端，电源负极。在用户单片机发出启动信号后，DHT11从低功耗模式转换为高速模式。主机启动信号完成后，DHT11发送响应信号，发送40位数据，并且触发信号采集。用户可以选择读取部分数据。从该模式中，DHT11接收启动信号并触发温度和湿度采集。如果主机没有收到启动信号，DHT11将不会主动采集温度和湿度。数据被收集并转换为低速模式。在总线空闲状态为高电平，主机下拉总线等待DHT11响应。主机发出启动信号后，就可以切换模式从而完成输入，或者是输出高电平，上拉电阻拉高了总线。在总线为低电平，表示DHT11发送响应信号。如果读取响应信号高，DHT11不响应，请检查线路是否正确连接。当最后一位数据传输完成时，DHT11降低总线50us，然后总线从上拉电阻上升到空闲状态。DHT11和单片机的连接很简单。传感器的Pin2口和单片机的P3.1连接，作为穿行数据连接，由于集成在一块电路板上，我在电路里加入了一个3k欧姆的电阻作为上拉电阻。传感器的Pin1连接到单片机的VCC,Pin4连接到GND端口，传感器部分第三脚处于悬浮状态。3.4继电器扩展电路其通常由铁芯，电枢，接触簧片，线圈等不同部分构成。保证线圈上有电压，线圈传输电流，发生电磁效应，电枢发挥电磁力，防止弹簧的发生返回，避免弹簧的张力和接触点相连。如果线圈上没有电流，电磁力就不存在，电枢回到弹簧的原始位置，使可动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。所以拉，释放，电路能够实现导通以及切断，继电器中有“常开以及常闭”的触点，能够很好的区分：让线圈在静态接触情况时无法进行工作，我们把它叫做“常开触点”;如果处于静态接触情况，我们把它叫做“常闭触点”。继电器通常有2个不同电路，低压以及高压电路。本次设计中监测光照值的同时，需要对在缺乏光源的情况作出应对措施。继电器扩展部分电路连接日光灯，在光照值低于设定值时，继电器吸合，公共端与常开端接通，补充光源开启；当光照强度高于阈值时，继电器断开，公共端与常闭端接通，补充光源关闭。其次本次设计中监测温湿度值的同时，需要对干燥，潮湿，低温，高温的情况做出对应措施。继电器扩展部分电路连接空调，在温湿度超过设定的预定值时，继电器吸合，公共端与常开端接通，空调打开；当温湿度在设定的预定值内时，继电器断开，公共端与常闭端接通，空调关闭。从而完成了对不同状态的后续控制调节，基本体现了智能和自动化的概念。图3-51温度控制继电器电路图3-52湿度控制继电器电路图3-54光照控制继电器电路3.5A/D转换电路ADC0832ADC0832NS8A/DADC0832A/DA/D0832设计也会使用这类芯片。ADC08323-7图3-7ADC0832芯片原理图CSP1.2DI(5),DO(6)5V（4）输入端。A/D后把输出数值信号传递给单片机，然后单片机把得到的参数在液晶显示屏上得到显示。3.6复位电路的设计复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作。通常单片机复位电路有两种：上电复位电路，按键复位电路。上电复位电路：上电复位是单片机上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。它利用的是电容充电的原理来实现的。按键复位电路：它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作要简单的多。如果要实现复位的话，只要按下RESET键即可。它主要是利用电阻的分压来实现的在此设计中，采用的上电自动复位电路。按键复位电路如图3-6所示。图3-6按键复位电路上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位，而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作3.7晶振电路的设计晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，如图4.4Y1、C1、C2。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。晶振电路如图3-7所示。晶振电路如图3-7所示。3.8声光报警电路声光报警电路分为两个部分，分别是声音报警，通过蜂鸣器实现，还有就是发光报警，通过LED灯实现。声光报警电路如图3-8所示。图3-8声光报警电路LED是一种固态半导体器件，可以将电转换成可见光。它可以直接把电转换成光。因为它的绿色环保等特性，是21世纪最有前途的绿色光源，在我国已经有40年发展。近年来，LED制造技术的进步和新材料的开发应用，使得产业不断扩大，需求也越来越大。LED同时在景点地方照明和普遍照明上得到大量的使用。蜂鸣器是一种集成式电子扬声器，可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两中，在本次设计中使用的是有源蜂鸣器。在这报警电路中，Q1起到开关的作用，当低电平使晶体管饱和则打开并发出声音；相反的，高电平会让Q1关闭，设备不发出声音。在本次设计中，声光报警电路是一个重要的组成部分。所有传感器的数字信号传递到单片机后，在这之前设置了相应的范围，这些信号是否在范围内则由声光报警电路来体现。当温湿度低于下限时，声光报警同时启动；当光照值低于一定范围后，声光报警启动，并且可以通过继电器扩展打开日光灯补充光源，当光照值回到正常范围后，声光报警停止工作。3.9光照检测电路实验室环境监测系统设计中还需检测光照值，所以用最为常见的光敏电阻代替。光照检测电路与模数转换连接，将光照值转换输入单片机。电路图如图3-9所示。图3-9光照检测电路图4系统工作流程4.1工作过程单片机上电以后，系统开始初始化，完毕后，开始进入主循环，首先进行键盘检测，是否有键按下，若有键按下，判断按键状态是否设置那一部分，若是设置时间，则调用设置时间子函数，若是温度上下限，则调用设置温度上下限函数。设置完毕以后，返回主循环。然后调用DS1302子函数，读取时间，经过单片机处理以后，存放在时间缓冲区中，接着读取温湿度传感器数据，进行相关处理，转化为具体温度，存储在缓冲区中。同时判断温度是否超过设置的温度上下限，若是超过上限温度，蜂鸣器开始报警，同时上限指示灯开始闪烁，控制继电器做出供应的动作。若是低于下限温度，下限指示灯开始闪烁，同时蜂鸣器报警，指示相关工作，继电器开始相关工作。若是在正常工作范围内，正常指示灯发光指示正常状态。4.2系统流程图在设计程序之前，首先对本系统设置程序框架图，把电路分成不同的部分，实现对应的功能，主流程如下图4-1所示：图4-1主流程图4.2传感器模块设计DH11数字温湿传感器在现在已经是一个应用非常广泛的传感器元器件了，现在很多电器对温湿度有了一定的要求，温湿度传感器用途非常的广，DH11传感器作为新型数字传感器，不需要外置AD转换模块，使用方便，接口简单，控制更方便，并且能根据个人的需求定制成不同的封装样式，领过多变。所以传感器模块程序流程图如下图4-2所示：图4-2DHT11程序流程图4.3液晶显示模块设计其能够和at89c51进行接口的，在显示器程序内，执行语句指令前都需要判定，有一个忙标志判定，如果是低电平意味着这时候不忙，该指令不发生效力。如果显示器这时候能够显示字符，必须输入指令，指的是在哪个位置显示对应的字符，才会显示，也就相当于现实之前的准备工作。在本设计中，测量出结果后，显示屏分为两行，第一行显示光照强度，第二行显示温度与湿度。软件的流程图4-3所示：图4-3LCD显示模块的程序流程图4.4Keil介绍keil软件是德国Keil公司出品的一款商用软件，是80C51系列单片机的应用最广泛的软件编辑软件。与普通编程相比，keil软件语言通俗易学，延展性高，可以自由编程发挥单片机的功能，程序结构稳定简洁，维护工作方便，可生成hex文件导入单片机，是设计中最常采用的程序编辑软件。Keil软件包含数量庞大的库函数和性能优秀的集成开发工具，可以为Proteus等软件提供程序，在设计复杂的程序时有其他语言不具有的优点，程序逻辑缜密，方便阅读。Keil的编辑流程包括编译、连接、测试、仿真等。操作人员可以自行在控制台编辑C语言和其他程序，程序编辑完成后，可以通过程序编辑器生成HEX文件，先在仿真中测试性能，满足要求后将HEX文件导入单片机中，进行测试，满足要求即代表设计成功。主程序包含三个部分，库函数，运行程序，数据采集和处理并显示。程序采用模块化的结构，使程序结构清晰，修改方便，易于检查。界面如图4-4所示