高校学生公寓专用智能控制系统设计

1硬件电路设计

1.1系统功能结构框图

系统以STC微控制器作为核心控制单元，通过采集火焰信息、温度参数、宿舍供电电流、无人状态红外监控等，集中采集后通过计算输出相关控制或报警信息，时钟模块进行计时，在液晶进行相关信息显示。系统还配置键盘，可以对时间、温度、电流等相关参数信息和密码保护进行设置。

1.2微控制器核心系统

本系统的微控制器选用STC89C52RC单片机作为核心控制单元，实现整个系统的全部功能监控。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的增强型51单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。在学生宿舍内运行，工作环境比较好，STC89C51RC完全能满足系统需求，且价格低。系统采用12MHz晶振，串行通信下载方式。

1.3温度采集

采用智能数字温度传感器DS18B20，实现温度采集范围-55℃～+125℃，分辨精度达到0.5℃。单线接口即可实现双向通信。温度传感器可编程的分辨率为9~12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，可定义的非易失性温度报警设置。应用于显示宿舍环境温度，同时为火灾发生时配合火灾报警器实现火灾报警功能。

1.4火灾报警功能

由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，其对应火焰温度的近红外波长域及紫外光域具有很大的辐射强度。本设计采用紫外火焰传感器进行火焰检测，同时配合温度检测的设定值进行综合判断报警。紫外火焰传感器可以用来探测火源发出的400nm以下热辐射。可根据实际设定探测角度，紫外透射可见吸收玻璃(滤光片)能够探测到波长在400nm范围以其中红外光波长在350nm附近时，其灵敏度达到最大。紫外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0～255范围内数值的变化。外界紫外光越强，数值越小；紫外光越弱，数值越大。

1.5红外检测模块

采用热释电红外传感器HIL987作为检测红外线的主要部件，数据处理芯片采用BISS0001。HIL987可以探测7-14微米的红外线辐射，将其转化成电信号输出，并可以有效抑制人体辐射波长（10微米左右）以外的干扰辐射。传感器加上菲涅尔透镜检测距离可以大于3米，检测110°球形角度。实现非法入室检测报警。

1.6时钟及显示功能

利用时钟DS1302进行时钟功能，并配有纽扣电池，保证时间的延续性及准确性。设置定时提示功能，采用1602对时间、温度等进行显示。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。具有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

1.7电流检测

利用电流互感器监测宿舍用电情况，通过LM358组成迟滞比较器，通过调节电位器实现对电流的检测，进而实现对安全用电的控制。当超过设定电流值时，切断宿舍用电电路。

2系统软件设计

系统软件主要实现对时钟、温度、火焰、电流等不间断检测控制及显示功能，并且附带按键配置功能。系统可以设定报警温度上限、定时时间、节约用水出水时间、超负荷用电允许时间等。并且为了防止学生随意设置上述参数，系统提供4位数据的密码保护功能，万能密码为0216。经过制作样机测试，可以实现时钟正常显示、定时设置功能，定时时间到20s提示声音；温度采集范围-55℃～+125℃，分辨精度达到0.5℃；火焰传感器工作正常，配合报警温度上限设定能正常火灾报警，在火焰熄灭的同时温度低于设置上限，取消报警；安全用电，通过修改迟滞电路的阀值来改变触发条件，目前设定1500W左右用电器连续工作5秒断电10分钟。拨动防盗/节水选择开关到“防盗”表示开启防盗功能，通过设定的用水功能在无人情况下实现对水路的断水控制。此时的热释电传感器工作正常，可以触发防盗报警。“节水”表示关闭防盗功能，开启节水功能。此时的热释电传感器关闭，触发节水功能。通过样机调试，完全满足目前学生宿舍管理的需求。系统不仅包括防火防盗安全监控系统，而且具有用电安全智能控制、节约用水控制及学生作息时间提醒功能。成本低、功能强、安装简便，有很强的实用性，推广应用前景广阔。

作者：徐广振 王丽卿 解永辉 单位：潍坊职业学院机电工程学院