摘  要： 以IAP15F2K61S2單片機作為核心控制器,，集成溫度采集,、交流電風(fēng)扇無極調(diào)速,、燈光有效控制、上位機無線控制等功能,，構(gòu)成課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng),，該系統(tǒng)具有控制簡便、操作靈活等優(yōu)點,，改善了傳統(tǒng)課室容易出現(xiàn)的“燈常明,、扇常轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，還大大減少了課室管理員的工作量,。

　　關(guān)鍵詞： IAP單片機,；溫度傳感器；無級調(diào)速,；上位機,；無線控制

0 引言

　　目前部分高校提出智慧校園的口號，節(jié)能減排也是其中一重要議程,，高校課室中風(fēng)扇,、燈光的管理也受到了較大的關(guān)注。當(dāng)課室中無人時燈光以及風(fēng)扇仍然在運作,，不僅浪費國家電力資源,，還給學(xué)校財政加大了負擔(dān)。針對以上情況,，本文介紹一種利用IAP15F2K61S2單片機,、各種功能模塊以及上位機軟件整合成的課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有操作簡單,、穩(wěn)定性強,、兼容性強等特點[1]。

1 課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　1.1 課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)工作原理

　　系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示,。本管理系統(tǒng)由IAP15F2K61S2單片機分析DS18B20數(shù)字溫度計采集回來的溫度值,，從而產(chǎn)生不同占空比的PWM脈沖調(diào)制信號，再通過由MOC3061光電雙向可控硅以及BT136雙向可控硅等組成的交流電機無級調(diào)速電路對電風(fēng)扇進行調(diào)速,，使得電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動換擋,，實現(xiàn)“溫度高，轉(zhuǎn)速快,；溫度低,，轉(zhuǎn)速慢”的功能[2]。利用繼電器可以使單片機以弱電的高低邏輯電平來控制220 V交流強電的接通與斷開,，從而控制課室燈光的開啟與關(guān)閉,。不僅使用了LCD12864液晶顯示屏顯示課室當(dāng)前溫度值，還利用無線模塊CC1101把溫度值實時無線傳輸?shù)秸n室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機軟件,。利用光電傳感器計算進入以及出去課室的人數(shù)從而判斷當(dāng)前課室內(nèi)是否還有人,。課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機軟件可以實時顯示課室各點溫度以及電風(fēng)扇工作狀態(tài),，還可以無線切換電風(fēng)扇智能與人工控制、無線控制課室燈光開啟與關(guān)閉功能,。

　　1.2 硬件設(shè)計

　　1.2.1 溫度傳感器

　　本系統(tǒng)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器測量課室環(huán)境溫度,，并將實時采集回來的溫度數(shù)據(jù)傳輸給單片機處理，計算之后的溫度值與實際值誤差為±0.5℃,。

　　1.2.2 光照強度檢測模塊

　　本系統(tǒng)使用BH1750FVI光照強度模塊對課室光照強度進行采集,，并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機處理,、分析,，按照在不同光線強度環(huán)境之下實際測試回來的不同數(shù)值來劃分光線強度。該模塊具有接近視覺靈敏光譜靈敏度特性,，最小誤差變動在±20%,，受紅外線影響很小等特點。

　　1.2.3 光電傳感器電路

　　E18-8MNK光電傳感器模塊是一種對射光電傳感器,，當(dāng)發(fā)射紅外端與接收紅外端之間沒有障礙物時,，接收端輸出低電平，反之輸出高電平,。單片機通過檢測該模塊輸出端傳輸過來的電平值,，即可分辨是否有人通過。

　　1.2.4 無線通信模塊

　　考慮到無需對無線模塊進行二次開發(fā),，故采用高性能單片機加低功耗射頻芯片CC1101無線通信模塊,。模塊與單片機接線比較簡單，只需把模塊串口與單片機串口進行對接即可,，用戶只需對單片機串口進行初始化,、發(fā)送以及接收數(shù)據(jù)等操作即可實現(xiàn)無線通信功能。

　　1.2.5 交流電機無級調(diào)速電路

　　由于使用IAP15F2K61S2單片機發(fā)出的PWM對交流無級電機進行調(diào)試,，考慮到弱電與強電的隔離以及較高的PWM工作頻率等問題,，故采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的常用作大功率可控硅的MOC3061光耦合器。

　　1.2.6 LCD12864顯示電路

　　本系統(tǒng)采用LCD12864液晶屏顯示系統(tǒng)各項參數(shù),，該液晶屏技術(shù)較為成熟且應(yīng)用廣泛,，開發(fā)容易，價格低廉[3],。

　　1.2.7 燈光控制電路

　　本系統(tǒng)采用電磁繼電器對220 V交流燈光進行有效控制,，利用弱電控制強電，避免人對強電直接控制,。

2 課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　2.1 單片機主程序設(shè)計

　　課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)主要完成光照傳感器模塊,、溫度傳感器模塊、光照傳感器電路,、光電傳感器以及CC1101通信模塊信號采集,、處理,、顯示以及按鍵電路識別等功能。因此設(shè)計軟件時,，必須先對各個模塊進行初始化,，而后單片機才能調(diào)用各個模塊并接收相應(yīng)的信號，最后才能實現(xiàn)本系統(tǒng)具備的相應(yīng)功能,。主程序流程如圖2所示,。

　　2.2 上位機設(shè)計

　　本管理系統(tǒng)使用微軟公司發(fā)布的Visual Basic軟件開發(fā)出針對本管理系統(tǒng)的上位機軟件，其主要是收集,、處理下位機硬件設(shè)備傳送過來的各類信息以及向下位機硬件設(shè)備發(fā)出操作指令[4],。本管理系統(tǒng)上位機軟件登錄界面如圖3所示，用戶必須輸入正確的用戶名稱和用戶密碼才能進入課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機軟件用戶主界面,。

　　當(dāng)用戶成功登錄課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機并進入主界面之后,，準(zhǔn)確無誤地設(shè)置串口及波特率之后，串口工作指示燈變?yōu)榫G色,，否則為紅色提醒用戶當(dāng)前選擇串口有誤,。

　　當(dāng)用戶點擊“獲取溫度”按鈕之后，上位機收集下位機實時環(huán)境溫度并在系統(tǒng)溫度區(qū)域顯示出來,。

　　當(dāng)用戶需要對風(fēng)扇①,、風(fēng)扇②進行調(diào)試時，只需點擊相應(yīng)的“高速”,、“中速”,、“低速”及“停止”按鈕，此時課室電風(fēng)扇工作狀態(tài)區(qū)域中以文字的形式顯示出當(dāng)前風(fēng)扇工作狀態(tài),，若風(fēng)扇正常運行其工作指示燈為綠色,，否則為紅色。

　　當(dāng)用戶點擊“燈光①”,、“燈光②”按鈕,，則可以切換燈光正常通電及斷電狀態(tài)，燈光正常通電時其工作指示燈為綠色,，否則為紅色,。

　　當(dāng)用戶在硬件設(shè)備上通過按鍵改變風(fēng)扇①和風(fēng)扇②、燈光①,、燈光②工作狀態(tài)時,，上位機也會及時獲取相關(guān)信息并顯示出來。

　　課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)上位機運行狀態(tài)①,、②分別如圖4,、圖5所示。

3 結(jié)論

　　經(jīng)過反復(fù)試驗表明本管理系統(tǒng)上位機軟件以及下位機硬件設(shè)備中各個功能模塊均能長時間穩(wěn)定運行,，采集數(shù)據(jù)迅速,，分析及處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,，及時有效對風(fēng)扇進行調(diào)速、燈光開與關(guān)燈操作,，無線通信可靠傳輸數(shù)據(jù),。

　　綜合上述，本課室風(fēng)扇燈光管理系統(tǒng)實現(xiàn)了一定的智能化控制,，在一定程度上節(jié)約了能源,，減少了課室管理員的工作量，具有一定的實際應(yīng)用價值,。

　　參考文獻

　　[1] 林海汀.電子工藝技術(shù)與實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社,，2012.

　　[2] 丁向榮.增強型8051單片機原理與系統(tǒng)開發(fā)（C51版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

　　[3] 李全利.單片機原理及應(yīng)用（C51編程）[M].北京：高等教育出版社,，2012.

　　[4] 丁張輝.Visual Basic串口通信及編程實例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,，2011.