單片機開發(fā)
智能宿舍系統(tǒng)設(shè)計
基于51單片機的智能宿舍系統(tǒng)設(shè)計
目前，學生宿舍所提供的配置只能滿足學生們的基本需求。在科技高速發(fā)展的21世紀，簡單的基本配置自然不能滿足學生們對日常生活快捷、便利的要求。宿舍的智能化、人性化可以改善學生對于宿舍生活的好感，提高宿舍生活的質(zhì)量和安全。
本文在設(shè)計中不僅能為學生提供以上便捷的功能還希望通過加強安全報警提醒系統(tǒng)來更好的來保護學生。本文設(shè)計的智能宿舍系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種功能，包括起床喚醒、語音控制、安全系統(tǒng)以及遠程短信提醒。通過時鐘的個性化設(shè)計可以讓學生們在音樂中醒來；使用語音識別技術(shù)更好地控制電器；對宿舍的安全措施可以更好的保護學生的安全。在智能化的當下，這樣的設(shè)計能給學生提供更加便捷的生活。
一、智能宿舍系統(tǒng)設(shè)計方案
本系統(tǒng)包括起床喚醒系統(tǒng)，安全報警系統(tǒng)和語音控制系統(tǒng)。起床喚醒系統(tǒng)通過日歷芯片可以產(chǎn)生時間，并利用液晶顯示。通過獨立按鍵設(shè)置起床時間，當起床時間與芯片時間相吻合時，單片機就會啟動揚聲器和電動窗簾開關(guān)喚醒學生。安全報警系統(tǒng)是當產(chǎn)生火情，煙霧濃度過高就會啟動煙霧報警器。煙霧報警器就會通過單片機控制GSM模塊發(fā)送短信給學生，并通過揚聲器報警提醒學生。語音控制系統(tǒng)是通過語音芯片接收來自學生的語音命令，系統(tǒng)就可以控制電燈和電動窗簾的啟動。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
二、智能宿舍系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1主控制器
系統(tǒng)采用的主控制器是51單片機，型號為STC89C52RC，是STC公司生產(chǎn)的低功耗、高性能的8位微控制器，它具有8K字節(jié)的Flash，512字節(jié)的RAM，內(nèi)置4K字節(jié)的EEPROM，3個16位定時器/計數(shù)器和4個外部中斷。
2.2起床喚醒硬件設(shè)計
日歷模塊自帶的芯片可以在顯示屏上準確的顯示當期的秒、分、時、日期、月、年信息。自帶的掉電保護保證了在沒有外接電源的條件下也能正常運行。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)日歷的功能，還能通過設(shè)定起床時間，實現(xiàn)智能喚醒功能。當當前時間與設(shè)定的起床時間相同時，揚聲器自動播放音樂喚醒學生。
（1）日歷模塊：日歷模塊由日歷芯片與獨立按鍵組成。日歷芯片采用DS1302芯片，它是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片。內(nèi)含有一個實時時鐘和31字節(jié)的靜態(tài)RAM，它可以通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘提供秒、分、時、日期、月、年的信息。日歷模塊通過獨立按鍵進行調(diào)時。
（2）顯示與播放模塊：顯示模塊采用LCD12864液晶屏。它可以配合單片機顯示中文漢字與英文字符，可實現(xiàn)中文人機交互界面，并具有功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點。播放模塊采用一個揚聲器進行音樂播放。
2.3語音控制硬件設(shè)計
該模塊的設(shè)計實現(xiàn)了在一定距離下的語音控制電器功能。對著話筒說出事先設(shè)定的命令語句，就能智能的實現(xiàn)開關(guān)窗簾與電燈。保證學生在某些情況下不用下床或抬手就能實現(xiàn)開關(guān)電器。
（1）語音模塊：語音模塊采用了LD3320芯片，它具有語音識別功能，可以識別學生“開電燈”“關(guān)電燈”“開窗簾”“關(guān)窗簾”的語音指令，可以實現(xiàn)電燈與窗簾的控制。操作簡單，實用性強。
（2）電燈與窗簾模塊：電燈模塊采用了一個LED燈實現(xiàn)。電動窗簾通過一個步進電動機進行驅(qū)動，通過電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)進行控制。
2.4安全報警硬件設(shè)計
該系統(tǒng)的設(shè)計能更好的保護學生。目前的學生宿舍非常缺乏學生了解宿舍狀況的方式。大部分的宿舍仍只能通過學生們自己的五官感受。但當發(fā)生危險時，缺少這樣的交流是十分致命的。本安全報警系統(tǒng)主要針對火情。當煙霧報警器輸出的模擬量電壓達到設(shè)定安全值后，單片機就會讓揚聲器發(fā)出警報，強行喚醒可能在熟睡中的學生，保證即使在深夜時發(fā)生的火災(zāi)下也能挽救學生的生命；單片機還會發(fā)出指令讓GSM模塊發(fā)出短信，讓每一個學生都能及時的獲知險情，也保證了正在靠近危險區(qū)的、不知情的學生安全離開。
（1）煙霧報警模塊：煙霧報警模塊是由煙霧傳感器與揚聲器組成的。煙霧傳感器使用MQ-2氣體傳感器。模擬量輸出電壓隨著煙霧濃度發(fā)生變化，濃度越高，電壓越大。一旦電壓達到單片機設(shè)定的安全電壓值，揚聲器就會發(fā)出報警信號。
（2）GSM模塊：系統(tǒng)采用的GSM模塊為SIM900A模塊，該模塊可以通過51單片機發(fā)送AT指令進行控制，實現(xiàn)接打電話，發(fā)短信，GPRS傳輸數(shù)據(jù)等功能。一旦發(fā)生火情，51單片機就會通過GSM模塊發(fā)送短信給學生，使學生及時獲知險情，脫離危險。
三、智能宿舍系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1起床喚醒軟件設(shè)計
起床喚醒系統(tǒng)首先進行日歷芯片DS1302與液晶的初始化，DS1302芯片能精準的在液晶上顯示時間，可以通過獨立按鍵改變當前顯示的時間和需要設(shè)定的起床時間。當實際時間與設(shè)定的起床時間相同時，揚聲器就會播放音樂。通過優(yōu)雅的音樂聲叫醒熟睡中的學生們，能保持他們一天的輕松心情，而不是在令人厭煩的鬧鐘聲中被不情愿的“拉起”。起床喚醒的軟件流程圖如圖2所示。
3.2語音控制軟件設(shè)計
語音控制系統(tǒng)首先需要初始化LD3320語音芯片，并設(shè)置“開窗簾”“關(guān)窗簾”“開電燈”“關(guān)電燈”的語音識別列表。當學生們進入宿舍門口時，對著話筒發(fā)出上述設(shè)定的命令后，就能實現(xiàn)語音控制開關(guān)電燈與窗簾。這項功能能讓學生在冬夜或者其他不方便控制的情況下不用下床按下開關(guān)，也能更好的控制宿舍的電器。
3.3安全報警軟件設(shè)計
在安全報警系統(tǒng)中，當模塊分別進行初始化后，煙霧傳感器能不斷地向單片機輸出模擬量電壓。當煙霧濃度達到一定值后，傳感器輸出的模擬電壓就會超過單片機設(shè)定的安全值電壓。這時，單片機就會讓揚聲器發(fā)出報警鈴聲，強行喚醒可能還在熟睡的學生，并發(fā)出AT指令給GSM模塊，使所有的學生都能收到提示險情的短信，保證不知情的學生不會進入危險區(qū)域。
總結(jié)
本系統(tǒng)實現(xiàn)了智能宿舍的三個功能設(shè)計，其中包括起床喚醒系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)和安全報警系統(tǒng)。起床喚醒系統(tǒng)實現(xiàn)了日歷的顯示和在起床時間播放音樂的功能。這可以讓學生在愉悅的環(huán)境中醒來。語音識別系統(tǒng)可以讓學生用語音來控制電燈和窗簾，可以讓學生更方便快捷地控制電器。安全報警系統(tǒng)可以在發(fā)現(xiàn)火情后及時報警并將短信發(fā)送到學生的手機上。這樣能夠提高宿舍的安全指數(shù)，避免出現(xiàn)更大的損失。本系統(tǒng)的設(shè)計可以讓學生宿舍更加方便、更加安全，讓學生們生活在一個溫馨的環(huán)境中。
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