摘 要

设计了基于STC89C52的低功耗，低成本的智能自习室系统，旨在减少自习室中使用的电力浪费，有效地帮助学生找到一个闲置的自习室，并节省了能源。

基于STC89C52的单片机智能控制的智能自习室，可以通过使用红外传感器和光线传感器等采集信息，能够有效的实现自动灯光控制，在光线比较亮的情况下，灯熄灭，当没有人使用时，灯也会自动熄灭。当检测到某人时，灯会自动打开，并且通过内置的人数统计系统记录学习室中的当前人数。然后，在LCD显示屏上显示当前自习室的用户数，进入的人数以及出去的人数。 这样，智能自习室不仅可以调节灯光的开启，大大节省了无效灯光的浪费，而且还可以方便学生寻找空余教室，实现对教室人流量的统计以及自习室内实时人数的统计。

智能自习室的人数统计不光可以应用在方便学生寻找空余的自习室方面，还可以帮助老师的考勤，通过实时的统计教室的在场人数，老师可以方便的得知到课人数，统计缺勤人数，方便老师查人，有效的保证了到课率。

结果表明：智能自习室控制系统能有效的实现灯光智能自动控制，自习室的人数统计与展示，对自习室的人流量进行有效的统计，有效地方便老师的考勤。

关键词：人体感应；人数统计；教室灯；单片机；智能化

Abstract

The STC89C52 based low-power, low-cost intelligent self-study room system is designed to reduce the waste of electricity used in the study room, and effectively help students find an idle study room and save energy.

Based on STC89C52, the intelligent self-study room of intelligent control of single-chip microcomputer can collect automatic information by using infrared sensor and light sensor. It can effectively realize automatic light control. When the light is bright, the light is extinguished. When no one uses it, the light is also Will automatically go out. When someone is detected, the lights are automatically turned on and the current number of people in the study room is recorded by the built-in demographic system. Then, the number of users in the current study room, the number of people entering, and the number of people going out are displayed on the LCD display. In this way, the intelligent self-study room not only can adjust the opening of the light, but also saves the waste of invalid lighting, and can also facilitate the students to find the empty classroom, realize the statistics of the classroom traffic and the statistics of the real-time number in the self-study room.

The number of people in the intelligent self-study room can be applied not only to students who are looking for spare study rooms, but also to help the attendance of teachers. Through the real-time statistics of the number of participants in the classroom, the teacher can easily know the number of students, count the number of absenteeism, and facilitate the statistics. The teacher checked the person and effectively guaranteed the attendance rate.

The results show that the intelligent self-study room control system can effectively realize the automatic intelligent control of lighting, the statistics and display of the number of people in the study room, and the effective statistics of the flow of people in the study room, which is effective for the attendance of teachers.

Key Words: Human body induction; Number statistics; Classroom lamp; MCU; Intelligence

目录

第1章 绪论 1

1.1研究的背景 1

1.2研究的目的 1

1.3 研究的内容和目标 2

1.3.1研究的内容 2

1.3.2研究的目标 2

第2章 系统总体设计方案 3

2.1设计选择和论证 3

2.1.1单片机的选择 3

2.1.2显示方案的选择 3

2.2系统总体框图设计 4

第3章 系统硬件电路设计 5

3.1 系统硬件概述 5

3.2 人体感应模块设计 5

3.3 光敏模块设计 7

3.3.1 光敏电阻介绍 7

3.3.2 LM393电压比较器介绍 7

3.4 继电器驱动模块设计 9

3.5 液晶显示模块电路 9

3.6 液晶引脚说明 10

3.7 红外检测模块 11

3.8 按键输入模块 12

3.9 报警模块 13

第4章 系统软件的设计 14

4.1 程序语言及开发环境 14

4.2 灯光控制程序流程图设计 14

4.3 计数模块程序流程图设计 15

4.4 液晶程序设计 16

第5章 系统分析与调试 17

5.1单片机板的程序录入 17

5.2单片机实物板的接电测试 17

5.2.1教室灯光控制模块的测试 17

5.1.2自习室实时计数功能的测试 17

第6章 总结 19

参考文献 20

附录A 21

附录B 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1研究的背景

随着信息化水平的不断提升，信息化社会逐渐进入我们的身边，5G时代即将到来更将会进一步提升我们的工作和生活的效率。而智能化改造更是其中最重要的一环，高校是科学技术的试验田，很多的高新技术往往会在高校进行初始化实验，而大学生作为新时代的先锋，思想开放程度比较高，对新技术的接受和认同往往也会比较的块。

而如今高校的教室往往还存在着比较原始化的管理，管理比较松散，智能化程度还比较低，很多时候需要大量的人工去服务。而智能化自习室系统的应用对节能减排，方便学生寻找自习教室，以及学校对教室实施有效便捷的管理有着重要的意义。

减少粗放式的管理，加强智能化的改造，不仅能够完成对电费成本的减少，人力资源的节约，效率的提高，对可持续发展有着十分重要的意义。

现在的院校学生增多，特别是到了期末复习期，学生普遍存在找自习座位难，往往找不到自习教室的情况，对于教室智能化的改造，能够有效的帮助学生去掌握各个教室的人数情况，轻易找到空余的教室自习，而对于学校而言，通过对各个自习教室人流量的统计，能够十分便捷的统计教室的利用率，方便在自习高峰期加设一些空余教室，在自习室使用低潮可以关闭一些空置的教室，提高教室的利用率^[1]。

1.2研究的目的

我国政府非常重视节能和节约，《节约能源法》是我国重要国策之一。北京2008年奥运场馆建设，提出了“科技奥运，人文奥运，绿色奥运”三大理念。

未来五年，绿色照明工程将在公共建筑，酒店，商业建筑，住宅楼等国家建筑中推广1.5亿只节能灯。节电290亿度电。在一些地方，政府已经推出了每购买大量节能灯3到4元的补贴。

国内校园照明管理电源仍处于广泛的管理模式，主要以以下几种情况为主：（1）没有专人管理，学生控制教室照明的开关，然后由值班老师检查，这种模式在初中和高中更为常见;（2）学校的使用配电箱的主控制进行总线控制，实行到点定时关电，在白天在同一开启。（3）红外线感应或热释电探测是否有人员四处走动，来控制走廊照明的开关状态,但是此类灯光控住主要应用于走廊及厕所等位置，在教室内部的应用还不足。

在全国各类高校中，学生的节能意识还比较薄弱，夜间或日光照明始终处于开启状态，即使课程结束后，灯光也不会关闭; 此外，节能计划极度缺乏，导致严重的电力浪费和经济损失。因此，智能自习室设计无疑是节能减排计划的重要组成部分^[2]。

电子计数器已经开发了30多年。在早期，设计师追求扩大计数范围的目标，并提高计数的准确性和稳定性，目前，这些基础技术日益完善。单片机在实际中的应用也不断的变的更为广泛，成熟企业迫切需要大量精通MCU技术的先进工程技术人员，可以开发，应用和维护这些智能产品。

人数统计是智能教室系统的另一个重要方面，通过对教室人数的实时统计，对教室进出人数的人流量的计算，有效的方便了学生对空余教室的寻找，并有效的帮助了老师的考勤，可以提高我们的学习和办事效率。

1.3 研究的内容和目标

1.3.1研究的内容

首先要了解实际的使用情况，对高校的自习室灯光的使用进行掌握，然后根据具体情况，面对不同的应用场景，制作的单片机系统应该能根据光线的亮暗、是否有人使用等情况设计相应的智能系统，根据实时情况进行相应的调节。

其次要对自习室的人数进行实时统计，要分别对进入的人数，出去的人数，以及对教室的总容量进行可调节的设计，然后在利用软件实现自习室的实时人数计算。

1.3.2研究的目标

论文针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。

在对教室人数总数数量进行统计的基础上，分析了进出教室人数的原理和实现方法，提出了基于单片机设计的智能实时人数统计思想，完成了相应的电路系统和程序设计。

智能自习室系统通过智能控制照明使用，智能化改造，降低成本，实现自动和手动照明控制兼容; 对自习室人数的实时统计，方便了学生寻找空闲的自习室，并提高了老师的考勤效率。 通过反复试验和改进，智能自习室系统最终实现了可靠性，实用性和可推广性的目标。

第2章 系统总体设计方案

2.1设计选择和论证

2.1.1单片机的选择

方案一：AT89C51，高性能CMOS8位微控制器，片上4K程序存储器是FLASH技术。写入微控制器的程序也可以加密。此外，目前AT89C52的价格低于8031，市场供应也充足。AT89C51可构成真正的MCU最小应用系统，从而减小系统尺寸。只要程序长度小于8K，就会向用户提供所有四个I/O端口。它可以用5V电压编程，擦除时间仅为10ms。

方案二：采用DSP作为系统控制器。DSP（数字信号处理器）是一种独特的微处理器，可使用数字信号处理数字信息。DSP对元件值的容差不敏感，受温度和环境等外部因素的影响较小，易于集成，并且可以进行时间复用。共享处理器可以容易地调整处理器的系数以进行适配，并且可以用于非常低频的信号。然而，DSP硬件电路更复杂和昂贵，并且数字系统由耗电的有源器件组成，并且没有无源器件是可靠的^[3]。

方案三：STC89C52系列单片机

其指令系统AT89C51系列的完全兼容，相较之下他们各自存在一些不足：

（1）AT89C51没有ISP下载，必须使用下载器。而STC89C52可以自行通过USB下载。

（2）STC89C52执行速度很快，虽然这是一件好事，但是这样，在AT89C51制作的程序不一定容易在STC89C52上使用。使用STC89C52时要注意延长的延迟，这大约是AT89C51的10-30倍。

（3）STC89C52微控制器对工作环境的要求相对较低。但是，在这样的环境中，AT89C51肯定不能正常工作，所以当一个系统很容易与STC89C52一起使用，但是AT89C51不工作时，直接检查最小系统，看看微控制器的电源是否正常^[4]。

比较这三种方案优缺点，在综合考虑方案优缺点以及自己对所学知识的掌握情况下，本系统选择STC89C52单片机作为主控芯片。

2.1.2显示方案的选择

方案一：LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，最适合显示数字，并采用动态扫描模式和单片机连接，占用较少的单片机线路。然而，由于数字管动态扫描需要通过74LS164移位寄存器进行移位，因此芯片在电路调试中经常遇到很多障碍，因此LED数码管不用作显示器。

方案二：LCD显示屏具有强大的显示屏，可显示大量文本和图形。显示器多样且清晰可见。

总和考虑而言,LCD显示屏的成本比较低,然后对此次方案也能完成相应的基本功能,所以本系统选择LCD作为本次方案的选择。

2.2系统总体框图设计

系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、环境光模块、人体存在传感器模块、遥控器模块、遥控器接收模块及超时报警模块，红外计数器，按键设置模块，1602液晶显示模块，蜂鸣器，led指示灯。其中红外计数，按键设计输入，主要控制1602液晶以及蜂鸣器；复位电路，人体感应模块，晶振电路主要控制LED指示灯，光敏模块以及继电器模块。

设计的系统总框图如图2.1所示。

图2.1系统总体框图

教室照明控制可实现有效的教室照明控制。输入参数主要是外部因素，例如人体存在信号和环境光信号。当环境光强度低于一定的阈值且有光时，理论和实验证明，以这种方式智能控制教室灯可以达到上述目的。

教室照明控制器通常安装在教室中，以避免直接照明位置。应该放置人体传感器，使得人体活动的方向垂直于人体传感器中的两个热电元件的方向。这使得人体的信号采集更加灵敏可靠，同时避免了外部风直接吹向人体传感器。

计数系统采用STC89C52单片机为核心器件，与电阻-电容晶体振荡器相结合，形成单片机的最小系统。其他模块围绕微控制器的最小系统构建。这包括使用两个负责检测输入和输出人员的E18-D80NK光电传感器^[5]。

第3章 系统硬件电路设计

3.1 系统硬件概述

硬件部分是前提，它主要是软件运行的平台。软件部分是硬件端口反映的信号，经过采集，分析和处理，最终实现控制器必须实现的功能。

系统控制单元基于MCU主控模块，其他外围电路主要包括：系统电源模块，环境光模块，人体存在传感器模块，光敏模块和继电器驱动模块，本设计采用单片机，电压比较器，光敏电阻，人体感应模块，继电器等构成智能灯设计。单片机作为主控芯片，人体感应模块识别人体，光敏智能识别光， LM393电压比较器处理光敏芯片到单片机， 继电器控制该设计可应用于一些公共场所，如教室，图书馆等。当灯光较暗且有人时，继电器将会接通。从而驱动任何负载，智能延迟，当没有人时，灯不会亮，从而实现节能和智能效果。用于现有教室照明系统的改造，实现照明系统的人性化智能管理，提高用电效率。

单片机作为主控制器，人体感应模块识别人体，光敏智能识别光，LM393电压比较器，人体感应模块识别人体，光敏智能识别光，LM393电压比较器，继电器控制负载灯。

人数实时统计系统采用STC89C52单片机为核心器件，电阻-电容晶体振荡器器件构成单片机的最小系统。其他模块围绕微控制器的最小系统构建。这包括使用两个负责检测输入和输出人员的E18-D80NK光电传感器。显示设备采用1602液晶，可以显示进入人数、出去人数、当前剩余人数以及人数上限值等信息。 按键模块，主要是进行人数上限值的设置。当超过上限时，警报模块使用蜂鸣器 LED模式执行声光报警。

3.2 人体感应模块设计

工作原理及特性如下：

人体具有恒定的体温，通常为37度，使得其发射的红外光具有约10μM的特定波长。被动红外探头通过检测人体发射的约10μM的红外光来工作。人体发出的10μM被称为左右红外线，过滤器被加强并收集在红外传感器上。红外传感源使用热电元件，当它们接收人体红外辐射温度的变化时会失去电荷平衡。电荷向外释放，后续电路被处理以产生人体存在的信号。

全自动感应：当一个人进入其感应范围时，它输出一个低电平，当人离开感应范围时，自动延迟关闭到低电平，并且在待机期间输出处于高电平。

两种触发方式： a.不可重复触发方式：也就是说，在检测输出为低电平后，当延迟时间结束时，输出将自动从低电平变为高电平。 b.可重复触发方式：也就是说，在感测输出低之后，在延迟时段期间，如果人体在其感测范围内是活动的，则其输出将保持低一段时间。在人离开并且延迟结束之前，低电平跳到高电平（感测模块在检测到人体的每个活动后自动延迟延迟时间，最后一次活动的时间是延迟时间的起点）^[6]。

(1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μM左右的 红外辐射非常敏感。

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