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单片机开发

智能宿舍系统设计


基于51单片机的智能宿舍系统设计

目前,学生宿舍所提供的配置只能满足学生们的基本需求。在科技高速发展的21世纪,简单的基本配置自然不能满足学生们对日常生活快捷、便利的要求。宿舍的智能化、人性化可以改善学生对于宿舍生活的好感,提高宿舍生活的质量和安全。

本文在设计中不仅能为学生提供以上便捷的功能还希望通过加强安全报警提醒系统来更好的来保护学生。本文设计的智能宿舍系统可以实现多种功能,包括起床唤醒、语音控制、安全系统以及远程短信提醒。通过时钟的个性化设计可以让学生们在音乐中醒来;使用语音识别技术更好地控制电器;对宿舍的安全措施可以更好的保护学生的安全。在智能化的当下,这样的设计能给学生提供更加便捷的生活。

一、智能宿舍系统设计方案

本系统包括起床唤醒系统,安全报警系统和语音控制系统。起床唤醒系统通过日历芯片可以产生时间,并利用液晶显示。通过独立按键设置起床时间,当起床时间与芯片时间相吻合时,单片机就会启动扬声器和电动窗帘开关唤醒学生。安全报警系统是当产生火情,烟雾浓度过高就会启动烟雾报警器。烟雾报警器就会通过单片机控制GSM模块发送短信给学生,并通过扬声器报警提醒学生。语音控制系统是通过语音芯片接收来自学生的语音命令,系统就可以控制电灯和电动窗帘的启动。系统的整体结构图如图1所示。

图 1 系统整体结构图

二、智能宿舍系统硬件设计

2.1主控制器

系统采用的主控制器是51单片机,型号为STC89C52RC,是STC公司生产的低功耗、高性能的8位微控制器,它具有8K字节的Flash,512字节的RAM,内置4K字节的EEPROM,3个16位定时器/计数器和4个外部中断。

2.2起床唤醒硬件设计

日历模块自带的芯片可以在显示屏上准确的显示当期的秒、分、时、日期、月、年信息。自带的掉电保护保证了在没有外接电源的条件下也能正常运行。该系统不仅能实现日历的功能,还能通过设定起床时间,实现智能唤醒功能。当当前时间与设定的起床时间相同时,扬声器自动播放音乐唤醒学生。

(1)日历模块:日历模块由日历芯片与独立按键组成。日历芯片采用DS1302芯片,它是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片。内含有一个实时时钟和31字节的静态RAM,它可以通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟提供秒、分、时、日期、月、年的信息。日历模块通过独立按键进行调时。

(2)显示与播放模块:显示模块采用LCD12864液晶屏。它可以配合单片机显示中文汉字与英文字符,可实现中文人机交互界面,并具有功耗低、显示内容丰富等特点。播放模块采用一个扬声器进行音乐播放。

2.3语音控制硬件设计

该模块的设计实现了在一定距离下的语音控制电器功能。对着话筒说出事先设定的命令语句,就能智能的实现开关窗帘与电灯。保证学生在某些情况下不用下床或抬手就能实现开关电器。

(1)语音模块:语音模块采用了LD3320芯片,它具有语音识别功能,可以识别学生“开电灯”“关电灯”“开窗帘”“关窗帘”的语音指令,可以实现电灯与窗帘的控制。操作简单,实用性强。

(2)电灯与窗帘模块:电灯模块采用了一个LED灯实现。电动窗帘通过一个步进电动机进行驱动,通过电动机的正转和反转进行控制。

2.4安全报警硬件设计

该系统的设计能更好的保护学生。目前的学生宿舍非常缺乏学生了解宿舍状况的方式。大部分的宿舍仍只能通过学生们自己的五官感受。但当发生危险时,缺少这样的交流是十分致命的。本安全报警系统主要针对火情。当烟雾报警器输出的模拟量电压达到设定安全值后,单片机就会让扬声器发出警报,强行唤醒可能在熟睡中的学生,保证即使在深夜时发生的火灾下也能挽救学生的生命;单片机还会发出指令让GSM模块发出短信,让每一个学生都能及时的获知险情,也保证了正在靠近危险区的、不知情的学生安全离开。

(1)烟雾报警模块:烟雾报警模块是由烟雾传感器与扬声器组成的。烟雾传感器使用MQ-2气体传感器。模拟量输出电压随着烟雾浓度发生变化,浓度越高,电压越大。一旦电压达到单片机设定的安全电压值,扬声器就会发出报警信号。

(2)GSM模块:系统采用的GSM模块为SIM900A模块,该模块可以通过51单片机发送AT指令进行控制,实现接打电话,发短信,GPRS传输数据等功能。一旦发生火情,51单片机就会通过GSM模块发送短信给学生,使学生及时获知险情,脱离危险。

三、智能宿舍系统软件设计

3.1起床唤醒软件设计

起床唤醒系统首先进行日历芯片DS1302与液晶的初始化,DS1302芯片能精准的在液晶上显示时间,可以通过独立按键改变当前显示的时间和需要设定的起床时间。当实际时间与设定的起床时间相同时,扬声器就会播放音乐。通过优雅的音乐声叫醒熟睡中的学生们,能保持他们一天的轻松心情,而不是在令人厌烦的闹钟声中被不情愿的“拉起”。起床唤醒的软件流程图如图2所示。

图 2 起床唤醒软件流程图

3.2语音控制软件设计

语音控制系统首先需要初始化LD3320语音芯片,并设置“开窗帘”“关窗帘”“开电灯”“关电灯”的语音识别列表。当学生们进入宿舍门口时,对着话筒发出上述设定的命令后,就能实现语音控制开关电灯与窗帘。这项功能能让学生在冬夜或者其他不方便控制的情况下不用下床按下开关,也能更好的控制宿舍的电器。

3.3安全报警软件设计

在安全报警系统中,当模块分别进行初始化后,烟雾传感器能不断地向单片机输出模拟量电压。当烟雾浓度达到一定值后,传感器输出的模拟电压就会超过单片机设定的安全值电压。这时,单片机就会让扬声器发出报警铃声,强行唤醒可能还在熟睡的学生,并发出AT指令给GSM模块,使所有的学生都能收到提示险情的短信,保证不知情的学生不会进入危险区域。

总结

本系统实现了智能宿舍的三个功能设计,其中包括起床唤醒系统、语音识别系统和安全报警系统。起床唤醒系统实现了日历的显示和在起床时间播放音乐的功能。这可以让学生在愉悦的环境中醒来。语音识别系统可以让学生用语音来控制电灯和窗帘,可以让学生更方便快捷地控制电器。安全报警系统可以在发现火情后及时报警并将短信发送到学生的手机上。这样能够提高宿舍的安全指数,避免出现更大的损失。本系统的设计可以让学生宿舍更加方便、更加安全,让学生们生活在一个温馨的环境中。

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