智能节能教室辅助系统的设计余达

智能节能教室辅助系统的设计余达

余达张荣桓向茂高王能乾陈小虎

（西北民族大学甘肃兰州730030）

摘要：本文中本小组使用STC89C52单片机设计了智能教室的辅助系统。该系统以单片机为核心，结合传感器模块和数字处理模块，实现了对教室智能化的控制。智能教室辅助系统可以准确的对教室里各种环境参数进行智能采集以及做出相关的数据运算并且判断是否报警以及将信息给显示出来。其中该系统对光控系统和温控系统实现智能化的控制，以达到节约能源的目的，对电力系统在高峰运行时减小负荷是十分有益的。

关键词：智能教室；智能采集；节约能源；减小负荷

1引言

教育兴，则国兴；教育强，则国强。随着国民经济的快速发展和社会进步，教育的规模逐渐扩大，教室的数量大幅度增加。为使师生舒适的教学和学习的环境，相关部门都做出了努力。但由于学校开放性的管理模式，以及全员节能意识淡薄，很多学校无论白天还是黑夜长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在，这种有形无形的浪费，给我国的能源造成了巨大的经济损失，同时不合理的用电还会加重电力系统运行的负荷，不规律的用电更是对电气设备造成巨大的伤害。本文基于STC89C52单片机控制的智能教室能很好地解决此问题。

2系统总体设计

该智能教室辅助系统的总体结构图如图所示，主要由STC89C52单片机微控制模块、照明模块、变频空调、计数考勤模块、显示器模块、烟雾传感器模块、温湿度传感器、光敏传感器模块、人体红外感应模块、键盘输入模块以及继电器模块等主要器件组成。

系统结构原理图

该系统中STC89C52单片机是整个系统的核心，系统的工作原理是：通过各种传感器对教室里面的湿度、温度、烟雾浓度、光照强度以及上课人数等信息进行采集，并进行初步的数据处理，然后将处理好的信息传给单片机模块，经单片机对各种数据处理，并且在显示器上显示，同时对采集上来的信息进行相关的操作。

3系统硬件设计

3.1STC89C52单片机主控模块

该智能教室辅助系统采用STC89C52单片机作为主控系统。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，由于其功能较为强大以及便宜的特点，使得STC89C52单片机成为众多嵌入式控制应用系统广泛应用。

该系统中，单片机相当于中枢以及中转站，具有接受信息以及发出指令的功能，能对各种传感器采集上来的数据进行处理，并筛选出有用信息做出准确的判断，且将指令下达给继电器模块执行相关的操作。同时，单片机主控模块还能对教室里的上课人数进行处理并将数据传给教务处的PC机。

3.2温湿度采集模块

由于DHT11传感器具有较高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与温湿度成线性比例的优点，因此本系统的温湿度采集模块的核心器件选择DHT11传感器。温湿度采集模块的功能是实现教室内部环境温湿度的获取，并且将教室内部的温度信息传给主控系统，以监控教室里温湿度是否正常。主控将温湿度在显示器显示，同时通过指令对执行机构的继电器进行控制进而控制变频空调的工作以实现对教室的温湿度进行控制。

3.3液晶显示模块

本小组通过对各种液晶显示器性能参数与价格的比较，鉴于LCD1602具有显示质量高、重量轻、功耗低以及价格便宜等特点，因此本小组选择了LCD1602来显示这一系列的参数数据。液晶显示模块的主要功能是接受并显示系统的当前工作模式、上课时间、温湿度室、内外光照强度以及教室里的烟雾浓度，让人对当前参数有具体的了解，以便采取相应的操作。

3.4光敏传感器模块与烟雾传感器模块

在本系统中光敏传感器模块主要用来检测教室里的光照强度，并对光照强度进行初步处理，即将光照强度的模拟信号转化为数字信号，且将该数字信号上传给单片机主控系统；主控根据教室里的光照强度来判断白天还是黑夜，进而通过继电器组自动控制教室里灯亮与否。

本系统中的烟雾传感器选择MQ-2型烟雾传感器，MQ-2气体传感器使用的是气敏材料，使用简单的电路可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，然后将该信号传给单片机，用于检测教室里的空气是否清净以及用于检测是否有火灾发生而蜂鸣器自动报警，以便采取相应的措施。

3.5红外传感器模块

本系统的红外传感器模块分为两部分，一部分为人体热释红外感应模块，另一部为红外光电模块。其中人体热释红外感应模块由四个人体热释红外传感器组成，其分别安装在教室天花板的四个区域，这四个区域平分天花板。红外光电模块由两个红外光电传感器组成，分别安装在教室门的两侧，用来检测进入教室里上课的人数，同时将信号传给单片机，单片机将判断教室里是否满勤，并将数据上传给教务处的PC机，若缺勤，则通过蜂鸣器报警，以提醒老师缺勤，减少上课点名的时间，提高了上课的有效时间。

3.6键盘输入及强电部分

本系统的键盘输入采用矩阵键盘，而强电部分主要包括教室里220V的照明灯以及220V的变频空调。键盘输入用来选择系统的工作模式，手动操作教室里灯和变频空调的开与关。自动模式时，当教室里的温湿度高于某一值，单片机控制继电器组让空调给教室里降温以及加湿，反之当温度低于某一值是，会进行相反的操作。若光线较强时，无论教室里是否有人，教室里的灯都不会被点亮，只有光线较弱时，并且教室里有人，单片机才会控制继电器点亮灯，并且人走到哪里灯亮到哪里。

4结束语

综上所述，随着国民经济水平的提升，智能教室是未来多媒体教室的发展方向。本文简述了一种智能教室辅助系统的设计，该设计能在一定程度上解决师生考勤的问题，避免了老师上课点名的麻烦，节约了上课的时间。该系统对教室的照明系统以及温控系统实现智能化的控制，免去了师生开关照明灯或空调的麻烦，避免了照明灯或者空调空运行，因此不仅节约了电费，还在高负荷时减小了电力系统的运行负荷，延长了各种设备运行的寿命。同时该系统还兼有消防报警的功能，提高了教室的安全性能，该设计符合当代绿色发展的理念，应大力推广普及。

参考文献：

[1]本刊编辑部.校园节能改造在江苏试点成功[J].华北电力技术，2013，（09）：14.

[2][1]冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发[D].合肥工业大学，2007.

作者简介：

余达（1994-），男，湖北人，大学本科，就读于西北民族大学电气工程及其自动化专业。

指导教师：李玉梅，女，研究方向：高电压GIS母线多物理场耦合研究。

指导教师：杨晶显，女，研究方向：新型传感器及其检测技术。

基金项目：西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助（项目编号：20171815）