互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書多功能智能教室節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)

第九屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽項(xiàng)目名稱：多功能智能教室節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u一、項(xiàng)目概述 11.1項(xiàng)目?jī)?nèi)容 11.2本項(xiàng)目主要工作 1二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 32.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 32.2設(shè)計(jì)方案 32.2.1主控芯片的選擇 32.2.2顯示器件的選擇 32.2.3光敏方案選擇 4三、硬件設(shè)計(jì) 53.1單片機(jī)電路 53.1.1單片機(jī)選擇 53.1.2引腳說明 63.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng) 83.1.4晶振電路 83.1.5復(fù)位電路 93.2溫度檢測(cè)電路 93.2.1BS18B20介紹 93.2.2DS18B20操作流程 103.2.3DS18B20引腳以及原理圖 103.3光強(qiáng)檢測(cè)電路 113.3.1BH1750介紹及工作原理 113.3.2BH1750的通訊過程 123.3.3BH1750的命令 123.3.4BH1750原理圖 133.4紅外檢測(cè)電路 133.5空調(diào)、燈光、電子白板控制電路 143.6顯示電路 163.6.1LCD1602介紹 163.6.2LCD1602引腳及功能介紹 163.7按鍵電路 18四、軟件設(shè)計(jì) 194.1主程序設(shè)計(jì) 194.2溫度采集處理程序 204.3光強(qiáng)檢測(cè)處理程序 234.4紅外檢測(cè)處理程序 244.5控制程序設(shè)計(jì) 25五、樣機(jī)測(cè)試 265.1數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示 275.2按鍵切換模式，數(shù)據(jù)調(diào)整 285.3超出溫度上限23℃空調(diào)打開 285.4超出光照上限1000lux關(guān)燈 295.5紅外檢測(cè)室內(nèi)人數(shù)達(dá)到8人白板亮 29六、市場(chǎng)調(diào)查分析 316.1市場(chǎng)發(fā)展及現(xiàn)狀 316.2產(chǎn)業(yè)化前景 31七、營(yíng)銷策略 327.1目標(biāo)消費(fèi)群 327.2推廣策略 337.3銷售政策 34一、項(xiàng)目概述項(xiàng)目?jī)?nèi)容本項(xiàng)目主要工作本研究通過五個(gè)章節(jié)來講述：第一章：為緒論章節(jié)，包括選題背景，明確研究?jī)?nèi)容，以及此課題的主要工作。第二章：為系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，包括對(duì)主控芯片的對(duì)比及其其他元器件的方案論證，來選取合適的元器件。第三章：為硬件設(shè)計(jì)，為了明確系統(tǒng)框架，要了解多個(gè)模塊的電路，這些模塊包括：顯示電路、按鈕電路、紅外檢測(cè)電路、光強(qiáng)檢測(cè)電路、空調(diào)、照明、電子白板控制電路等。第四章：為軟件設(shè)計(jì)，寫明程序過程及程序流程圖，其中包括：主程序設(shè)計(jì)，溫度采集處理程序，光強(qiáng)度檢測(cè)處理程序，紅外檢測(cè)處理程序，控制程序設(shè)計(jì)。第五章：為樣機(jī)測(cè)試，主要說明了實(shí)物的制作過程，其中包括：從畫原理圖到實(shí)物的焊接，在到程序的邏輯驗(yàn)證，以及將程序下載到焊接的實(shí)物上面進(jìn)行測(cè)試以及驗(yàn)證。二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容在設(shè)計(jì)硬件電路之前，必須確定合適的設(shè)計(jì)和元件，并比較不同元件的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最適合設(shè)計(jì)和最成功一個(gè)的作品。2.2設(shè)計(jì)方案2.2.1主控芯片的選擇方案一：AT89S52這是一款COMS微控制器（8位），高性能、低功耗、8K可編程閃存的系統(tǒng)。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)（Atmel），AT89S52與80C51的工業(yè)引腳和指令完全兼容。片上Flash為系統(tǒng)編程（程序存儲(chǔ)器）提供了有效的支持，也適用于傳統(tǒng)的編程器。帶有可編程閃存系統(tǒng)和8位主處理器的單芯片，其也因具備上述特征而逐步運(yùn)用于各種嵌入式控制系統(tǒng)。方案二：MSP430MSP430單片機(jī)被稱為混合信號(hào)處理器，它有很多優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行速度快、3.3v供電、功耗低、電壓低等。但是，過電流（電壓）會(huì)崩潰，主要是因?yàn)镮/O沒有保護(hù)，而且芯片上沒有EEPROM，這對(duì)一些特殊用途的功能來說是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的缺點(diǎn)。因此，對(duì)于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，不推薦使用該產(chǎn)品。綜上所述，總之，就符合設(shè)計(jì)要求和整體成本效益而言，AT89S52是本設(shè)計(jì)的最終解決方案。2.2.2顯示器件的選擇方案一：數(shù)碼管，即LED數(shù)碼管，隸屬數(shù)字等信息顯示類電子裝置范疇。以發(fā)光二極管運(yùn)行模式為依據(jù)，能將數(shù)碼管進(jìn)行共陰極和共陽(yáng)極兩類劃分。玻璃管包含1個(gè)陰極和1個(gè)陽(yáng)極，都是由金屬網(wǎng)制成。陰極的形狀通常像一個(gè)數(shù)字。管內(nèi)充滿了氖、汞和/或氬。當(dāng)其中一個(gè)陰極被充電時(shí)，數(shù)碼管就會(huì)發(fā)出彩色的光，并且會(huì)因管中氣體種類不同而顯示不同的色彩，且以綠色或橙色居多。強(qiáng)光環(huán)境（白天等）顯示通常更宜采用LED數(shù)碼管。只需少量VPU時(shí)間即能完成，這是因?yàn)槠滹@示結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但是，由于一個(gè)數(shù)碼管所需I/O線通常為8根，所以，數(shù)碼管的數(shù)量如果不止一只的話，則會(huì)占用較多I/O，功耗大?？梢员憷耐瓿缮倭繑?shù)據(jù)顯示，一旦數(shù)據(jù)增加會(huì)顯得操作非常不方便。方案二：LCD1602LCD1602液晶顯示器。LCD1602功能強(qiáng)大，可同時(shí)顯示多個(gè)數(shù)據(jù)，LCD1602可用于多種數(shù)據(jù)傳輸方式，且控制簡(jiǎn)單，操作方便，與我們平時(shí)交流的屏幕原理完全一致。而且因?yàn)樾盘?hào)接收條件下，LCD1602每點(diǎn)即會(huì)始終恒定發(fā)光（以一定的亮度和色彩），沒有閃爍現(xiàn)象，畫質(zhì)理想。基于單片機(jī)系統(tǒng)（數(shù)字式）的LCD1602液晶屏幕具有可靠性更高的接口，可以更為便利的操作。在顯示數(shù)據(jù)相對(duì)較多的時(shí)候可以采納這個(gè)，操作易上手簡(jiǎn)單方便，價(jià)格也比較適中。所以成為此設(shè)計(jì)主要推薦方案之一。方案三：數(shù)字點(diǎn)陣管，其元素為發(fā)光二極管，并采用八行八列的組合操作，數(shù)字點(diǎn)陣顯示，但如果用于數(shù)顯，則缺少經(jīng)濟(jì)性，所以更適合用于文字顯示，因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)主要顯示數(shù)據(jù)，這個(gè)點(diǎn)陣式數(shù)碼管相對(duì)下來也價(jià)格較昂貴。較高的費(fèi)用也超出了預(yù)算范圍。綜上所述，總之，設(shè)計(jì)是以符合設(shè)計(jì)要求和整體成本效率為基礎(chǔ)的所以最終采用方案二LCD1602。2.2.3光敏方案選擇方案一：光敏電阻一種特殊類型的電阻器，基于半導(dǎo)體的光導(dǎo)效應(yīng)而產(chǎn)生，這種光敏電阻也被稱為光導(dǎo)檢測(cè)器，其生產(chǎn)材料為半導(dǎo)體材料（硒化鎘或硫化鎘等），內(nèi)光電效應(yīng)是其運(yùn)行的理論基礎(chǔ)。阻值與光照之間具有負(fù)相關(guān)性，電阻隨光照強(qiáng)度的增加而迅速下降，光照電阻可低于1KΩ；對(duì)光照極為敏感，電阻很高（無光照條件下），暗電阻一般可達(dá)1.5MΩ。其電阻值與入射光強(qiáng)度具有負(fù)相關(guān)性特征。由于性能特殊，所以，光敏電阻的應(yīng)用空間越來越廣。方案二：BH1750。ROHM開發(fā)而成的BH1750具有高集成度，隸屬于光強(qiáng)度傳感器（數(shù)字型）集成電路范疇，BH1750光電導(dǎo)體具有光譜敏感性，用于大多數(shù)串行（兩線）總線接口。BH1750感光元件具備光譜靈敏度優(yōu)勢(shì)（和視覺靈敏度類似），只要有有關(guān)內(nèi)置電路搭配，即可以對(duì)總量程0-65535lx范圍較大的光強(qiáng)值形成感應(yīng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)置是H1750的突出優(yōu)勢(shì)，這一優(yōu)勢(shì)能確保其將一定亮度的數(shù)據(jù)值顯示出來，以便于有效處理各種數(shù)字。BH1750使用可以將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（光敏電阻使用過程中）省略，就此全面簡(jiǎn)化電路復(fù)雜度綜上所述，由于光敏電阻屬于純阻性器件，所以選擇了方案二BH1750。三、硬件設(shè)計(jì)此控制系統(tǒng)是基于一個(gè)帶有微控制器的微機(jī)上的軟件芯片，同樣由不同的接口控制電路組合而成，總共7個(gè)重要的部分可以分為：AT89S52芯片、溫度檢測(cè)、光強(qiáng)檢測(cè)、紅外檢測(cè)、空調(diào)燈光電子白板、顯示模塊、按鍵電路。如框圖如圖3-1所示。圖3-1所示系統(tǒng)硬件框圖3.1單片機(jī)電路3.1.1單片機(jī)選擇經(jīng)過上面的論證所述我們選擇的單片機(jī)型號(hào)是AT89S52作為我們的主控芯片，AT89S52單片機(jī)為32位I/O口線，512字節(jié)RAM，8k字節(jié)Flash，看門狗定時(shí)器，4KB集成EEPROM，全雙工串行端口，4個(gè)外部中斷，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，1個(gè)4級(jí)7矢量中斷結(jié)構(gòu)，兼容2級(jí)5矢量中斷結(jié)構(gòu)（傳統(tǒng)51）；STC89C52有能力將操作降低到靜態(tài)邏輯（0Hz）。提供支持兩種類型的軟件，節(jié)能模式。空閑模式下，CPU操作結(jié)束，但中斷、串行口、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、RAM操作不受影響。保存RAM內(nèi)容，凍結(jié)振蕩器，并終止操作以繼續(xù)操作，直到硬件復(fù)位或下一次中斷（電源損耗保護(hù)）。最大35MHz工作頻率，單片機(jī)實(shí)物如下圖3-2所示。圖3-2單片機(jī)實(shí)物3.1.2引腳說明引腳說明如圖3-3所示。圖3-3單片機(jī)引腳圖引腳按其功能可分為如下3大類：I/O口：是8位I/O口，共計(jì)4個(gè)，即P0～3；控制：時(shí)鐘：XTAL1、2；電源：VSS、VCC。一、電源及時(shí)鐘引腳電源引腳：VCC（40腳）：+5V電源引腳。GND（20腳）：接地端引腳。時(shí)鐘引腳：XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩器電路的輸入端。XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩器電路的輸出端。二、控制引腳RST（9腳）：錄入復(fù)位信號(hào)，只要將高電平（持續(xù)時(shí)間超過2個(gè)機(jī)器周期）加于引腳，即能讓單片機(jī)復(fù)位。運(yùn)行無異常條件下，最高只能為0.5V電平?？撮T狗定時(shí)器如果果處于溢出輸出狀態(tài)，高電平（約96個(gè)時(shí)鐘振蕩周期長(zhǎng)）將自RST輸出。EA*/VPP（31腳）EA*：主要用于控制外部程序存儲(chǔ)器訪問（第一功能）。EA*=0，外部程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容是唯一用于讀取的命令對(duì)，0000H到FFFH是用于讀取的地址范圍，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器（4KB片上）被禁用。EA*=1，PC＞片內(nèi)Flash（8KB）地址或＞1FFFH

條件下，程序（程序存儲(chǔ)器空間）將在片外（2000H-FFFFH）被讀取并自動(dòng)改變；如果PC≤片上Flash存儲(chǔ)器地址（8KB）或≤1FFFH，芯片內(nèi)的8KB程序存儲(chǔ)器程序?qū)⒈晃⒖刂破髯x取。。VPP：接編程電壓，用于片內(nèi)Flash編程（第二功能）。ALE/PROG*（30腳）ALE：第一個(gè)功能是，該方向鎖定了控制信號(hào)終端。端口P0和8位數(shù)據(jù)總線被及時(shí)重用（作為一個(gè)8位低地址總線）。當(dāng)外部數(shù)據(jù)或程序內(nèi)存被微控制器訪問時(shí)，地址鎖存器（外部P0端口）（單控制器P0端口）中銷的負(fù)跳變發(fā)生改變。在此前提下，P0端口將被用作一個(gè)數(shù)據(jù)總線（8位）。單片機(jī)工作無異常前提下，此引腳會(huì)持續(xù)輸出正脈沖信號(hào)，且其頻率此時(shí)會(huì)是1/6時(shí)鐘頻率fosc它可以作為一個(gè)外部觸發(fā)器或定時(shí)器信號(hào)使用能夠被當(dāng)成外部觸發(fā)或定時(shí)信號(hào)加以利用。如果AT89S52正在執(zhí)行MOVX（外部RAM訪問）類型的指令，ALE脈沖（1到1）將會(huì)丟失。如果不需要ALE引腳輸出脈沖，必須將該引腳的禁用位或地址8EH（AUXR寄存器）的第0位設(shè)置為1，這將禁用ALE功能。如果外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器命令"MOVX"和"MOVC"被執(zhí)行，或者外部程序存儲(chǔ)器訪問被執(zhí)行，該引腳仍然有效。這意味著外部存儲(chǔ)器的訪問不會(huì)被ALE禁用位所抑制。PROG*：第二功能對(duì)脈沖輸入引腳進(jìn)行編程，對(duì)片上Falsh進(jìn)行編程。PSEN*（29腳）：低電平有效的讀取選擇信號(hào)（片外程序存儲(chǔ)器）。三、并行I/O引腳P0口：P0.7至P0.0引腳：I/O，雙向，并行，8位，打開泄漏。如果用作輸出端口，每個(gè)引腳可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載(LS類型）。使用擴(kuò)展的微控制器I/O接口芯片和外部?jī)?nèi)存，**P0是一個(gè)較低的8位地址/數(shù)據(jù)總線（TDM）。如果P0用作通用I/O，則它為準(zhǔn)雙向端口（應(yīng)用上拉電阻）。P1口：引腳P1.7至P1.0：I/O（準(zhǔn)雙向），內(nèi)置上拉電阻，以便可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載（LS型）。。P1口某些引腳的第二功能如下表3-1所示。表3-1某些引腳的第二功能P1.0/T2P1.1/T2EXP1.5/MOSIP1.6/MISOP1.7/SCK外部計(jì)數(shù)信號(hào)輸入端T2（定時(shí)器T2）方向控制T2EX，重新裝載、觸發(fā)、捕捉T2串行編程、校驗(yàn)（片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器）串行編程、校驗(yàn)（片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器）錄入移位脈沖，負(fù)責(zé)串行編程、校驗(yàn)（片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器） P2口：引腳P2.7至P2.0：I/O（接近雙向），內(nèi)置上拉電阻，允許驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載（LS型）。 P3口：P3.7至P3.0準(zhǔn)雙向I/O端口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P3口還提供了第二功能如下所示： RXD 輸入串行數(shù)據(jù)口 TXD 輸出串行數(shù)據(jù)口 RD 讀選通輸出外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器INT0 輸入的外部中斷0 INT1 輸入外部中斷1 T0 外部計(jì)數(shù)輸入定時(shí)器0 T1 外部計(jì)數(shù)輸入定時(shí)器1 WR 寫選通輸出外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)能夠運(yùn)行穩(wěn)定的程序是最小的微控制器系統(tǒng)、復(fù)位電路、晶體振動(dòng)電路、微控制器是該系統(tǒng)的基本組成部分。3.1.4晶振電路時(shí)鐘電路（單片機(jī)最小系統(tǒng)）即晶振電路，主要用于將時(shí)間基準(zhǔn)提供給單片機(jī)。單片機(jī)運(yùn)行實(shí)質(zhì)上就是由ROM內(nèi)逐步提取、執(zhí)行指令。1條指令執(zhí)行的時(shí)間間隔應(yīng)以時(shí)間基準(zhǔn)為確定，只有如此才能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的程序功能。此時(shí)間基準(zhǔn)即源于下圖3-4所示的晶振電路。圖3-4時(shí)鐘電路圖3.1.5復(fù)位電路51最小系統(tǒng)其它運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)滿足前提下，RST的高電平應(yīng)該至少保持兩個(gè)機(jī)器時(shí)鐘，在這種情況下讓微控制器重新啟動(dòng)，同時(shí)將RST復(fù)位到低電平狀態(tài)，這就叫51復(fù)位。為此，在上電模式中選擇了系統(tǒng)復(fù)位模式，在上電條件下，高電平脈沖會(huì)被提供給RST引腳，就是這種復(fù)位運(yùn)行的基本模式。即串聯(lián)電阻、電容，RST端與中心節(jié)點(diǎn)相連，電阻接地，電容供電。電容器兩邊在連接時(shí)處于零電壓差的狀態(tài)，兩邊都是高電平，RST是高電平，C被放電（通過R），此時(shí)，RST引腳就此置零。參數(shù)值此時(shí)是8.2K、10uF等。如圖3-5所示。圖3-5參數(shù)值圖3.2溫度檢測(cè)電路3.2.1BS18B20介紹通常采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。該傳感裝置通過數(shù)字輸出輸入數(shù)據(jù)和控制命令，與模擬溫度傳感器相比，其性能堅(jiān)固、硬件簡(jiǎn)單、擴(kuò)展和抗干擾。通信接口：1-Wire（單總線）溫度測(cè)量區(qū)間：-55℃～+125℃其他特征：可采用總線結(jié)構(gòu)，集成溫度報(bào)警功能，可采用寄生電源（無VDC連接，通信用直接信號(hào)線加GND線）。DS18B20的內(nèi)部集成了模擬溫度傳感器所需要的電路，其內(nèi)部也相當(dāng)于有個(gè)小芯片，將模擬信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)后存到RAM中，在通過引腳，將信號(hào)傳給單片機(jī)使用。3.2.2DS18B20操作流程初始化：先將從機(jī)復(fù)位，主機(jī)判斷從機(jī)是否響應(yīng)ROM操作：ROM指令在加上本指令需要的讀寫操作功能操作：功能操作在加上這個(gè)本指令需要的讀寫操作表3-2指令功能表ROM指令功能指令SEARCHROM（F0h）（搜索ROM）CONVERTT（44h）（溫度變換，啟動(dòng)溫度傳感器讀取溫度放到RAM中）READROM（33h）（讀ROM）WRITESCRATCHPAD（4Eh）（寫RAM，加某個(gè)地址后，把數(shù)據(jù)寫入RAM中）MATCHROM（55h）（匹配ROM，發(fā)送該指令后會(huì)緊接著發(fā)送ROM地址，用于多個(gè)設(shè)備）READSCRATCHPAD（BEh）（讀RAM，可以只讀取RAM前兩位的溫度值，后續(xù)的不讀取）SKIPROM（CCh）（跳過ROM，只有一個(gè)設(shè)備時(shí)使用）CO[YSCARATCHPAD（48h）（復(fù)制暫存器，調(diào)用該指令后將RAMByte2.3.4的值寫入到EEPROM中，掉電不丟失）ALARMSEARCH（ECh）（報(bào)警ROM）RECALLE2（B8h）（將EEPROM的值讀到RAM對(duì)應(yīng)地址處）READPOWERSUPPLY（B4h）（判斷是否是寄生供電）3.2.3DS18B20引腳以及原理圖DS18B20溫度傳感器總共有三個(gè)引腳分別是：GND：接地線DQ：輸入/輸出數(shù)字信號(hào)端口VDD：電源輸入端外接供電口連接一個(gè)DS18B20：VDD接電源，DQ接微控制器引腳，加上一個(gè)上拉電阻，GND接地即可完成。這種上拉電阻是必要的，因?yàn)镈S18B20數(shù)字溫度傳感器采用單線通信模式，這意味著引腳同時(shí)負(fù)責(zé)發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別是漏電開路輸出和高阻輸入，沒有高電平輸出功能，也就是說必須由外部電阻將其拉到高電平;在0輸出條件下，根據(jù)MOS將其下拉至低電平。原理圖如圖3-6。圖3-6原理圖3.3光強(qiáng)檢測(cè)電路3.3.1BH1750介紹及工作原理BH1750是集成光強(qiáng)度傳感器芯片（數(shù)字）系列的一部分，由晶體、ADC采集、運(yùn)算放大器和光電二極管組成?；诠怆娦?yīng)，PD光電二極管將輸入光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后由ADC收集（由功能放大器電路放大），使用邏輯電路將其轉(zhuǎn)換為16位二進(jìn)制數(shù)，并存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中。數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線由BH1750驅(qū)動(dòng)，由I2C協(xié)議支持，允許微控制器與BH1750模塊通信，BH1750工作模式是可選的，我們還可以提取照明數(shù)據(jù)（BH1750寄存器）。3.3.2BH1750的通訊過程第一步：首先發(fā)送讓BH1750上電命令。第二步：在次發(fā)讓BH1750送測(cè)量命令。第三步：在可以等待BH1750測(cè)量結(jié)束。第四步：讀取BH1750數(shù)據(jù)。第五步：計(jì)算BH1750的結(jié)果。3.3.3BH1750的命令BH1750的命令如表3-2所示。表3-3BH1750的命令指令功能代碼注釋斷電0000_0000無激活狀態(tài)通電0000_0001等待測(cè)量指令重置0000_0111重置數(shù)字寄存器，重置指令在斷電模式下不起作用連續(xù)H分辨率模式0001_0000在1lx分辨率下開始測(cè)量測(cè)量時(shí)間一般為120ms。連續(xù)H分辨率模式20001_0001在0.5lx分辨率下開始測(cè)量測(cè)量時(shí)間一般為120ms。連續(xù)L分辨率模式0001_0011在41lx分辨率下開始測(cè)量測(cè)量時(shí)間一般為16ms。一次H分辨率模式0010_0000在11x分辨率下開始測(cè)量測(cè)量時(shí)間一般為120ms。測(cè)量后自動(dòng)設(shè)置為斷電模式。一次H分辨率模式20010_0001在0.5lx分辨率下開始測(cè)量測(cè)量時(shí)間一般為120ms。測(cè)量后自動(dòng)設(shè)置為斷電模式。一次L分辨率模式0010_0011在41lx分辨率下開始測(cè)量測(cè)量時(shí)間一般為16ms。測(cè)量后自動(dòng)設(shè)置為斷電模式。改變測(cè)量時(shí)間（低位）011_MT[4,3,2,1,0]改變測(cè)量時(shí)間3.3.4BH1750原理圖BH1750原理圖如圖3-7。圖3-7BH1750原理圖3.4紅外檢測(cè)電路此類模塊可以有效地適應(yīng)環(huán)境中的光強(qiáng)度。該設(shè)備具有紅外發(fā)射管和紅外接收器管。紅外線從管子發(fā)射出來，如果障礙物（反射）在檢測(cè)方向上，障礙物會(huì)反射紅外線，反射紅外線會(huì)接收管，VCC和GND，凹槽的防護(hù)罩條件會(huì)有高電平輸出，沒有避難所的前提會(huì)引導(dǎo)接收管，所以可以模擬采集教室門口有人通過，前門可以記錄成數(shù)，后門可以記錄教室的號(hào)碼，只能知道教室的號(hào)碼。原理圖如圖3-8所示。圖3-8紅外檢測(cè)原理圖注：一個(gè)為前門，一個(gè)后門。3.5空調(diào)、燈光、電子白板控制電路空調(diào)、燈光、電子白板都是使用一樣的電路，都是通過單片機(jī)的引腳來控制繼電器的打開與關(guān)閉相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān)，在電路的跟前都接有一個(gè)發(fā)光二級(jí)管來表示是否通斷。原理圖如圖3-9所示。圖3-9空調(diào)、白板、燈光原理圖3.6顯示電路3.6.1LCD1602介紹目前，該設(shè)計(jì)已選擇LCD1602顯示器。主要采用的技術(shù)是一種新型的自動(dòng)化工業(yè)液晶自動(dòng)字符顯示，可以自動(dòng)顯示兩行字符數(shù)據(jù)，每行數(shù)據(jù)可以自動(dòng)顯示十六到八個(gè)字符的文字或少量的六位數(shù)字，正好讓我們可以輕松理解可以方便地適應(yīng)工業(yè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用需求。采用體積小、功耗低、顯示信號(hào)效果好，是一種非常實(shí)用的新型電子信號(hào)顯示安裝方式。該顯示模塊可以用來顯示當(dāng)教室內(nèi)的溫度值，光照值，以及教室里面的人數(shù)。顯示模塊實(shí)物圖如圖3-10所示。圖3-10顯示模塊實(shí)物圖3.6.2LCD1602引腳及功能介紹LCD1602的引腳數(shù)量眾多，共有16只引腳分布其上，下圖所示即其引腳分布圖如圖3-11所示。圖3-11LCD1602引腳分布圖LCD1602的引腳功能介紹如表3-3。表3-4LCD1602引腳功能介紹引腳號(hào)引腳名稱引腳功能1GND電源接地端2VCC5V電源正極3VL調(diào)節(jié)顯示器對(duì)比度4RS寄存器選擇端5RW讀寫信號(hào)線6E使能端口7~14D0~D7雙向數(shù)據(jù)端口15BL+背光正極16BL-背光負(fù)極LCD1602工作在3.5至5V的正常工作電壓下，內(nèi)部電路具有自動(dòng)復(fù)位功能，允許光標(biāo)開關(guān)操作和顯示間隙。顯示器的亮度可以通過外部接觸式電位計(jì)進(jìn)行調(diào)整。帶有存儲(chǔ)器的附加內(nèi)部軟件可以存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信息和數(shù)據(jù)。用戶可以選擇直接使用LCD顯示器到微控制器，使用此微控制器應(yīng)用程序來控制顯示器。LCD1602有16個(gè)引腳，其中RS和RW上的輸出數(shù)據(jù)輸入值主要用于控制微控制器控制器讀寫輸入輸出數(shù)據(jù)。RS和RW工作狀態(tài)表如表3-4所示。表3-5LCD工作狀態(tài)介紹RSRW操作命令00寫入指令寄存器（清清屏等）01讀busy(DB7)，以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0—DB6）的值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字符等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)應(yīng)用程序命令執(zhí)行前,LCD顯示系統(tǒng)必須把忙信號(hào)（模塊標(biāo)記位）先執(zhí)行,且必須在出現(xiàn)低忙標(biāo)記位的條件下，指令才能被其正常執(zhí)行。3.7按鍵電路按鍵模塊電路連接圖如圖3-12所示。按鍵功能順序從上到下依次是：S1鍵是進(jìn)入設(shè)置頁(yè)面的SET鍵，也是設(shè)置項(xiàng)目間切換的軟鍵，S2鍵是閾值加鍵，S3鍵是閾值減鍵。圖3-12按鍵模塊電路連接圖四、軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)軟件組件的主要任務(wù)是完成照明控制電路的處理和傳感器信號(hào)的處理。例如，當(dāng)照明過亮?xí)r，系統(tǒng)通過照明檢測(cè)繼續(xù)監(jiān)控照明檢測(cè)電路的輸入和工作狀態(tài)。如果在時(shí)間間隔內(nèi)房間內(nèi)沒有人，系統(tǒng)可以控制內(nèi)部的環(huán)境照明技術(shù)，自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備，并重新分析信號(hào)數(shù)據(jù)處理電路的輸入信息狀態(tài)。系統(tǒng)的主要流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2溫度采集處理程序#ifndef_DS18B20_H_#define_DS18B20_H_sbitDQ=P1^0;ucharDS18B20_flag;ucharDS18B20_time;//全局變量設(shè)置，嚴(yán)格延時(shí)專用voiddelay_18b201ms(){unsignedchari,j; for(i=0;i<4;i++) for(j=0;j<33;j++) ; }voiddelay_18b20nms(unsignedcharn){unsignedchari; for(i=0;i<n;i++) delay_18b201ms();}函數(shù)作用：初始化DS18B20，應(yīng)答信號(hào)讀取bitInit_DS18B20(void) { bitflag;//DS18B20存在與否標(biāo)志儲(chǔ)存，不存在、存在分別用flag=1、0表示；DQ=1;//先將數(shù)據(jù)線拉高for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<2;DS18B20_time++);//略微延時(shí)約6微秒DQ=0;//由高拉低數(shù)據(jù)線（480~960us）for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<200;DS18B20_time++);//略微延時(shí)約600微秒//將低電平復(fù)位脈沖（持續(xù)480~960us）發(fā)送至DS18B20DQ=1;//數(shù)據(jù)線釋放（拉高數(shù)據(jù)線）for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<10;DS18B20_time++);//約30us延時(shí)（通過DS18B20等待存在脈沖輸出后15-60秒內(nèi)的總線釋放狀態(tài)）flag=DQ;//存在脈沖輸出與否通過單片機(jī)檢測(cè)（存在，DQ=0）for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<200;DS18B20_time++);//延時(shí)充分，直至全部部輸出存在脈沖return(flag);//返回檢測(cè)成功標(biāo)志}函數(shù)作用：一字節(jié)數(shù)據(jù)讀?。ㄗ訢S18B20）unsignedcharReadOneChar(void){ unsignedchari=0; unsignedchardat;//讀出數(shù)據(jù)（一字節(jié)）存儲(chǔ) for(i=0;i<8;i++) { DQ=1;//先吧拉高數(shù)據(jù)線 _nop_(); //這時(shí)候在等待（一個(gè)機(jī)器周期） DQ=0; //從書中讀取數(shù)據(jù)（由DS18B20處理），單片機(jī)只需通過高低拉動(dòng)數(shù)據(jù)線，讀取的時(shí)候就可以開始了 _nop_();//這時(shí)候在等待（一個(gè)機(jī)器周期） DQ=1;//人工提高數(shù)據(jù)線，以便微控制器能夠擴(kuò)展輸出電平檢（DS18B20）。 for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<2;DS18B20_time++) ;//約6us延時(shí)，以便于主機(jī)采樣（15us內(nèi)） dat>>=1; if(DQ==1) dat|=0x80;//=讀1，在dat中存入1 else dat|=0x00;//讀0，在dat內(nèi)存入0 //r[i]中存入電平信號(hào)DQ（單片機(jī)測(cè)獲） for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<8;DS18B20_time++);//3us延時(shí)，兩個(gè)讀時(shí)序間應(yīng)有恢復(fù)期（＞1us） } return(dat);//16進(jìn)制數(shù)據(jù)（讀出）返回}函數(shù)作用：一字節(jié)數(shù)寫入DS18B20voidWriteOneChar(unsignedchardat){ unsignedchari=0; for(i=0;i<8;i++) { DQ=1;//這里先拉高數(shù)據(jù)線 _nop_(); //這里在等待上一個(gè)機(jī)器周期 DQ=0;//數(shù)據(jù)線從高拉上低，寫一上個(gè)時(shí)序啟動(dòng) DQ=dat&0x01;//使用一些二進(jìn)制數(shù)據(jù)來寫入和導(dǎo)出操作 //輸送向數(shù)據(jù)線，以便利采樣（DS18B20） for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<10;DS18B20_time++) ;//約30us延時(shí)，15~60us（拉低后），DS18B20從數(shù)據(jù)線上采樣 DQ=1;//釋放數(shù)據(jù)線 for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<1;DS18B20_time++) ;//3us延時(shí)，2寫時(shí)序間恢復(fù)期至少1us dat>>=1;//右移各二進(jìn)制位數(shù)據(jù)（dat內(nèi)）1位 } for(DS18B20_time=0;DS18B20_time<4;DS18B20_time++) ;//稍作延時(shí),給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間}voidReadyReadTemp(void){ Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0x44); //delay_18b20nms(200); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); WriteOneChar(0xBE);}如圖4-2所示為溫度檢測(cè)的流程圖圖4-2溫度檢測(cè)程序流程圖4.3光強(qiáng)檢測(cè)處理程序光強(qiáng)檢測(cè)為五步：發(fā)送斷電指令圖4-3發(fā)送斷電指令調(diào)用上面函數(shù)即可：Bh1750Write(0x00);發(fā)送通電指令使用上面的函數(shù)發(fā)送通電指令即可：Bh1750Write(0x01);發(fā)送測(cè)量指令使用上面的函數(shù)發(fā)送測(cè)量指令即可：Bh1750Write(0x10);讀取測(cè)量結(jié)果讀取16位數(shù)據(jù)后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，然后根據(jù)官方公式得到最終結(jié)果?！菍?shí)際的光值。I2cSendByte(0x47);//發(fā)送器件地址和讀方向for(i=0;i<2;i++)//開始讀取數(shù)據(jù)，bh1750一次會(huì)發(fā)送16位數(shù)據(jù)，所以要接收兩次{ sbuf[i]=I2cReadByte();}I2cStop();//停止本次通信計(jì)算數(shù)值最后一步計(jì)算最終數(shù)值dat=sbuf[0];dat=(dat<<8)+sbuf[1];//合成16位數(shù)據(jù)num=(float)dat/1.2;//根據(jù)芯片手冊(cè)的具體公式得到最終值如圖4-4所示為BH1750的程序流程圖圖4-4BH1750程序流程圖4.4紅外檢測(cè)處理程序紅外檢測(cè)程序相對(duì)來說比較簡(jiǎn)潔定義兩個(gè)引腳就可以做出判斷sbitKeyIn=P1^4;//前門sbitKeyOut=P1^3;//后門if(KeyIn==1)//有人進(jìn)去{ mEX++;//人數(shù)加一 while(KeyIn);}if(KeyOut==1)//有人出去{mEX--;//人數(shù)減一 while(KeyOut);}4.5控制程序設(shè)計(jì)控制程序的基本步驟如下圖4-5所示：圖4-5控制程序流程圖五、樣機(jī)測(cè)試根據(jù)硬件電路原理圖設(shè)計(jì)的智能教室，首先在altiumdesingner上面畫出原理圖，然后根據(jù)altiumdesingner畫圖將上面的元器件按照原理圖按鍵，包括從最小系統(tǒng)到一個(gè)一個(gè)電阻按鍵、液晶顯示器LCD1602、晶振、DS18B20、BH1750、蜂鳴器、排插、跳線一步一步的供需焊接到板子上面，焊接和安裝好之后，開始對(duì)智能教室系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，打開keiluvsion進(jìn)行跑程序，下載STC-LSP，編譯成功后，通過STC-LSP刻錄keil生成的十六進(jìn)制文件。程序刻錄后，接通電源，檢查線路，沒有問題。開始測(cè)試，電源會(huì)在LCD1602液晶屏上顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度和光值，可以設(shè)置溫度和光值的上下限，溫度大于閾值的空調(diào)將開啟，光值小于閾值的燈將亮起，大于閾值的指示燈將熄滅，太多的白板將被打開。5.1數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示圖5-1數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示實(shí)物圖5.2按鍵切換模式，數(shù)據(jù)調(diào)整 圖5-2數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示實(shí)物圖5.3超出溫度上限23℃空調(diào)打開圖5-3樣機(jī)超出溫度上限空調(diào)打開顯示圖5.4超出光照上限1000lux關(guān)燈圖5-4樣機(jī)超出光照上限關(guān)燈顯示圖5.5紅外檢測(cè)室內(nèi)人數(shù)達(dá)到8人白板亮圖5-5樣機(jī)檢測(cè)室內(nèi)人數(shù)白板亮顯示圖市場(chǎng)調(diào)查分析6.1市場(chǎng)發(fā)展及現(xiàn)狀智慧教室是一種新型的教育形式，有別于傳統(tǒng)授聽課方式，課前學(xué)生提前預(yù)習(xí)，課中學(xué)習(xí)分組討論，隨時(shí)測(cè)試，教師能快速掌握每位學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)。智慧教室運(yùn)用現(xiàn)代化手段切入整個(gè)教學(xué)過程，讓課堂變得簡(jiǎn)單、高效、智能，有助于開發(fā)學(xué)生自主思考與學(xué)習(xí)能力。智慧教室設(shè)備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次(應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層)，運(yùn)用傳感器、射頻識(shí)別(RFID)等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(luò)(如基于WIFI的無線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信、電信網(wǎng)等)接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智慧化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理。同時(shí)，智慧教室還能滿足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、RFID技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)提供平臺(tái)。使學(xué)生通過智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識(shí)與感知、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識(shí)，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V專業(yè)知識(shí)，具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。如今，在線作業(yè)、智慧教室、微客等新型智慧教學(xué)輔助系統(tǒng)，已逐漸為傳統(tǒng)教學(xué)提供全面信息化支撐。教育信息化建設(shè)，推動(dòng)了在線教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，教育領(lǐng)域的研究者和實(shí)踐者正在積極探尋大數(shù)據(jù)技術(shù)與教育最適合的結(jié)合點(diǎn)和實(shí)施方式。挖掘數(shù)據(jù)的潛能越發(fā)被各個(gè)領(lǐng)域所重視，也使得數(shù)據(jù)助力教育決策的研究獲得了新的發(fā)展機(jī)會(huì)，并逐漸在熱點(diǎn)頻出的教育信息化熱潮中展現(xiàn)出其發(fā)展?jié)撃芎蛢?yōu)勢(shì)。6.2產(chǎn)業(yè)化前景我國(guó)有龐大的教育市場(chǎng)，截至2020年末，全國(guó)共有各級(jí)各類學(xué)校53.71萬所，各級(jí)各類學(xué)歷教育在校生2.89億人，專任教師1792.18萬人，智慧教室的建設(shè)需求是巨大的。另外，鑒于教育信息化對(duì)教育的巨大促進(jìn)作用，政府從政策、資金等多方面推動(dòng)教育信息化的發(fā)展，促進(jìn)了智慧教室行業(yè)的繁榮。因此，我國(guó)智慧教室行業(yè)市場(chǎng)需求旺盛，發(fā)展迅速。目前我國(guó)智慧教室行業(yè)的需求主要分布在K12教育和高等教育兩個(gè)版塊，結(jié)合國(guó)家智慧教室項(xiàng)目招投標(biāo)情況來看，近兩年我國(guó)高校的智慧教室招投標(biāo)項(xiàng)目較多，建設(shè)速度較快，K12教育相對(duì)高等教育來說，稍有落后。前瞻結(jié)合智慧教室企業(yè)的實(shí)際業(yè)務(wù)情況，以及K12教育和高等教育的教室數(shù)量、學(xué)校數(shù)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，預(yù)