摘 要

本系统设计的目的是完成一个自习室监控系统，可以给教室里的学生提供当前教室的温度和湿度，同时也显示教室的总座位数，已占用座位数和剩余座位数。给学生提供一个更加方便和智能的自习环境。本系统使用51单片机作为载体，在此之上添加DHT11温度湿度传感器，HC-SR505红外线传感模块，使用LCD12864作为显示器，将以上元件连接到单片机最小系统之上，并通过编程让他们共同工作，组成本基于单片机的自习室监控系统。通过人数统计算法的设计和对几个传感器原理的理解，将各个独立的传感器部分组合成一个功能完整的系统。本系统已经做出实物，完成了上述全部功能，并且仍然有足够的空间允许添加新的功能和传感器，可以在此系统基础上添加更多的功能使本系统更加完善。目前已有很多智能自习室管理系统，但本系统创新性的组合了温度湿度与座位统计功能，填补了当前这方面的系统设计空白，具有较高的实用性同时也具有较强的可变空间。

关键词：

AT89C52 ,单片机 ,智能管理系统

Abstract

The purpose of this system design is to complete a self-study room monitoring system that can provide the students in the classroom with the temperature and humidity of the current classroom, as well as the total number of seats in the classroom, the seats occupied and the number of seats remaining. Provide students with a more convenient and intelligent self-study environment. This system uses 51 single-chip microcomputer as the carrier. On top of this, installed DHT11 temperature and humidity sensor and HC-SR505 infrared sensor module Uses LCD12864 as the display. The above components are connected to the minimum system of the MCU, and they are programmed to work together. Through the design of the population statistics algorithm and the understanding of several sensor’s principles, each individual sensor component is combined together into a fully functional system. The system has been made, completes all the above functions, and still has enough space to allow new functions and sensors to be added. More functions can be added to the system to make the system more perfect. At present, there are many intelligent self-study room management systems, but this system innovatively combines temperature and humidity and seat statistics functions to fill the current system design gap in this area, with high practicability and strong variable space.

Keywords:

AT89C52, MCU, intelligent management systems

目 录

摘 要 1

Abstract 1

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2研究目的与意义 1

1.3研究内容 2

1.4 研究现状 2

1.5预期目标 3

第2章 方案选择与论证 4

2.1单片机芯片选择 4

2.2 温度湿度传感器 5

2.3 红外线传感器 6

2.3.1 HC-SR501介绍 6

2.3.2 HC-SR505介绍 7

2.3.3 SR602介绍 7

2.3.4 RS051介绍 7

2.3.5总结与比较 7

2.4 显示模块 8

2.5 硬件系统结果总结 8

第3章 硬件结构与设计 9

3.1单片机最小系统 9

3.2 温度湿度传感器DHT11硬件信息介绍 10

3.3 液晶显示器LCD12864硬件信息介绍 11

3.4 红外线传感器硬件信息介绍 12

3.4.1 SR505连接方式介绍 12

3.4.2 SR602连接方式介绍 13

3.5 硬件系统小结 13

第4章 软件结构与设计 15

4.1读取温度算法设计 15

4.2 测量和计算人数算法设计 16

4.3 LCD2864显示模块介绍 17

4.4小结 18

第5章 系统调试与测试 20

5.1 LCD12864显示模块调试 20

5.2 DHT11温度湿度传感器调试 20

5.3 红外传感模块调试 21

5.3.1 SR505测试 22

5.3.2 SR602 测试 23

5.4 总系统功能测试 23

5.5 小结 25

第6章 小结与讨论 26

参考文献 27

附 录 28

致 谢 36

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着大学学习氛围的日渐浓重，用作自习室的往往是图书馆和平时上课使用的教室,图书馆的自习室有专人管理,而平时上课使用的教室在课后往往疏于管理,学生无法获知教室空闲与否的实时信息,故不能合理利用普通教室课后的空闲时段,导致有限的资源浪费^[1]，迫切需要一个能帮助他们节省寻找自习室时间、方便他们选择合适温度湿度自习室的系统。对于目前的学生们来说，能知道的自习室信息就只是哪些教室不上课可以作为自习室但对于自习室内的温度湿度余座的情况一无所知，只有学生们到了现场才会发现。将会导致很多情况下浪费大量时间在寻找合适的自习室上，不符合当前时代追求效率的要求和智能化的时代趋势。所以提出了此系统。

学生们对于自习室的需求越来越大，迫切需要一个能帮助他们节省寻找自习室时间、方便他们选择合适自习室的系统。目前的学生们来能知道的与自习室相关的信息就只是哪些教室不上课可以作为自习室使用，但对于自习室内任何情况都一无所知，只有学生们到了现场才会发现各式各样的问题，如座位已满，温度过高等。

将会导致很多情况下浪费大量时间在寻找合适的自习室上，这对于学生来说，很浪费时间，而如果花费过多时间去寻找自习教室则会出现自习效率降低，自习质量大打折扣等问题。

而对于学校来说，无法给学生提供一个合适完整的自习教室信息会导致大量自习教室空闲，读者量的增加使得自习室经常人满为患, 占座现象也屡屡发生, 严重影响图书馆自习室的有效利用^[2]。出现资源分配不均的问题，大量自习室资源的浪费也是十分不利的。为了解决以上的问题，提出了本自习室监控系统。

1.2研究目的与意义

此系统意在解决上述问题，帮助同学们节省用在寻找自习室上大量的不必要时间，同时也能够让同学们更好的掌握当前教室的温度湿度具体的信息，选择是否开启空调或者换一个更舒适温度的教室。若自习教室安装了此系统，则同学们将不再需要背着装满书的沉重书包到处寻找合适的自习室，将会在出门之前了解自习室的情况，进行合适的选择，省去大量不必要的功夫和时间。

本系统用于自习室的监控和智能管理，能够给想要去自习的学生提供多种必要的信息帮助他们选择去那一间教室比较合适，具体可以给教室里的学生提供一下几种信息：当前教室的温度，当前教室内的湿度，当前教室总座位数，当前教室已占用座位数，当前教室剩余座位数。以上共5种信息，帮助学生根据自己的喜好来选择具体哪一间教室是适合自己进行自习活动的，可以给学生提供一个更加方便和智能的自习环境。

总的来说，本系统意在解决当前大量学校自习室所存在的使用率低下，学生找不到难找到合适的自习室的问题，同时额外的添加了对教室内的温度湿度检测功能，可以帮助学生判断教室炎炎夏日是否开了空调，以选择适宜温度湿度的自习室，同时成本较低，安装方便，满足后续大量安装组成智能网路的要求。

1.3研究内容

本次课题研究主要围绕利用传感器和单片机设计出一个智能自习室管理系统展开，分为以下六个章节。

第一，绪论部分，首先对本系统设计的研究背景、目的与意义、主要研究内容自己当前的国内要研究现状进行了简单的介绍。

第二，方案选择与论证，主要讨论选择何种传感器何种芯片最能合适地完成本次系统地设计内容，本小节阐述了各种单片机芯片的优劣，温度湿度传感器的选择方式，以及红外线传感器的选择使用。

第三，硬件系统的设计，主要介绍了本自习室系统的硬件部分设计方案，分为芯片最小系统，温度湿度传感器的连接使用，红外线传感器的连接与使用，以及显示模块的连接使用，本设计采用液晶屏作为显示电路,并可以显示实时统计人数以及现在系统的状态^[3]。提出了整个系统完整的硬件设计方案，由大到小由浅入深，一步一步完成了硬件系统设计方式的介绍。

第四，智能自习室管理系统软件程序撰写思路分析。本小节主要以第三章所设计的硬件电路为基础，利用C语言和Keil4编译环境，设计了系统主程序和每个对应传感器的具体使用方式，和与系统的各部分算法。

第五，自习室智能管理系统的实物测试，在本小节中主要介绍了本次课题研究所设计的智能自习室管理系统最终所实现的效果，以及在整个设计过程中所进行的关键传感器和算法的运行调试步骤。

第六，展望与总结。在本小节中总结了本次系统设计研究的主要过程，并对后续的设计工作进行了展望。

1.4 研究现状

目前国内外对此方面的研究较为完善，尤其是在人数统计上，方案繁多，为了保证准确性而采取刷卡进出门等方式的层出不穷。这些系统相当于都是设置了门禁，准确率高但是成本高，使用复杂。在温度湿度测量方面，同样的，也有一些很成熟的系统设计，完美利用了传感器的功能进行温度湿度测试，但综合性不够强，未能结合多种功能。

本系统采用红外线传感器的方式，进门无需刷卡无需过门禁，方便快捷。因为自习室对人数统计的精度要求不高，故采用红外线传感器的方式。同时本系统也在人数统计之上结合了教室的温度湿度测试功能，使其成为一个多功能综合性的自习室智能管理系统。本系统填补了在温度湿度测试和人数统计两方面综合系统的空白，具有一定的创新性，同时对于精度要求不高的人数统计系统具有一定的创新性和参考价值。

1.5预期目标

本系统预期将安装到大量自习室内，后续将组成网络，能够远程查看各个教室的多种信息， 能够帮助同学们节省用在寻找合适的自习室上大量的不必要时间，同时也能够让同学们更好的掌握当前教室的温度湿度具体的信息。依据这些信息可以帮助学校方面选择是否开启空调，或者学生可以换一个环境更加舒适的教室。对于学校方面，可以节省大量的空闲自习教室，减少浪费，优化资源配置，给同学们提供一个更加良好的自习环境，

第2章 方案选择与论证

2.1单片机芯片选择

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成, 如图1所示, 嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心, 由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象, 它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令, 执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单, 如手机上的一个微小型的电机, 当手机处于震动接收状态时打开;也可以很复杂， 如SONY智能机器狗, 上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器, 从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。^[4]

我们所常见的51单片机就是一种嵌入式系统。51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称, 由Intel的8004单片机演变发展而来, 成为当前应用最为广泛的8位单片机领域中的重要力量。目前在51单片机领域中, 比较具有代表性的是ATMEL公司的AT89系列, 已经广泛应用于工业测控系统之中, 并且有着稳定表现^[5]。因此本系统的芯片就从51单片机系列的6种代表芯片中进行比较选择。

表2.1 六种芯片性能比较

由上述内容总结可知，AT89S51/AT89S52在从断电模式中断恢复，看门狗定时器，双数据指针，电源关闭标志这些方面上明显优于AT89C51/AT89C52；AT89C51/AT89C52相比AT89S51/AT89S52系列成本较低，相应地工作频率较低，功能也不及AT89S51/AT89S52系列强大；STC系列具有工作频率高，内部RAM大，可编程I/O线路条数多的优点，并且做了很多改进，具有传统51单片机不具备的功能，同时成本最低。

因为本系统对实时性有所要求，需要快速对进出同学的事件做出反应，故应选择工作频率较高单片机。在此方面STC系列更优。

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