摘 要： 以IAP15F2K61S2单片机作为核心控制器，集成温度采集、交流电风扇无极调速、灯光有效控制、上位机无线控制等功能，构成课室风扇灯光管理系统，该系统具有控制简便、操作灵活等优点，改善了传统课室容易出现的“灯常明、扇常转”现象，还大大减少了课室管理员的工作量。
关键词： IAP单片机；温度传感器；无级调速；上位机；无线控制
0 引言
目前部分高校提出智慧校园的口号，节能减排也是其中一重要议程，高校课室中风扇、灯光的管理也受到了较大的关注。当课室中无人时灯光以及风扇仍然在运作，不仅浪费国家电力资源，还给学校财政加大了负担。针对以上情况，本文介绍一种利用IAP15F2K61S2单片机、各种功能模块以及上位机软件整合成的课室风扇灯光管理系统，该系统具有操作简单、稳定性强、兼容性强等特点[1]。
1 课室风扇灯光管理系统硬件设计
1.1 课室风扇灯光管理系统工作原理
系统硬件组成框图如图1所示。本管理系统由IAP15F2K61S2单片机分析DS18B20数字温度计采集回来的温度值，从而产生不同占空比的PWM脉冲调制信号，再通过由MOC3061光电双向可控硅以及BT136双向可控硅等组成的交流电机无级调速电路对电风扇进行调速，使得电风扇随温度的变化而自动换挡，实现“温度高，转速快；温度低，转速慢”的功能[2]。利用继电器可以使单片机以弱电的高低逻辑电平来控制220 V交流强电的接通与断开，从而控制课室灯光的开启与关闭。不仅使用了LCD12864液晶显示屏显示课室当前温度值，还利用无线模块CC1101把温度值实时无线传输到课室风扇灯光管理系统上位机软件。利用光电传感器计算进入以及出去课室的人数从而判断当前课室内是否还有人。课室风扇灯光管理系统上位机软件可以实时显示课室各点温度以及电风扇工作状态，还可以无线切换电风扇智能与人工控制、无线控制课室灯光开启与关闭功能。
1.2 硬件设计
1.2.1 温度传感器
本系统采用DS18B20数字温度传感器测量课室环境温度，并将实时采集回来的温度数据传输给单片机处理，计算之后的温度值与实际值误差为±0.5℃。
1.2.2 光照强度检测模块
本系统使用BH1750FVI光照强度模块对课室光照强度进行采集，并将数据传输给单片机处理、分析，按照在不同光线强度环境之下实际测试回来的不同数值来划分光线强度。该模块具有接近视觉灵敏光谱灵敏度特性，最小误差变动在±20%，受红外线影响很小等特点。
1.2.3 光电传感器电路
E18-8MNK光电传感器模块是一种对射光电传感器，当发射红外端与接收红外端之间没有障碍物时，接收端输出低电平，反之输出高电平。单片机通过检测该模块输出端传输过来的电平值，即可分辨是否有人通过。
1.2.4 无线通信模块
考虑到无需对无线模块进行二次开发，故采用高性能单片机加低功耗射频芯片CC1101无线通信模块。模块与单片机接线比较简单，只需把模块串口与单片机串口进行对接即可，用户只需对单片机串口进行初始化、发送以及接收数据等操作即可实现无线通信功能。
1.2.5 交流电机无级调速电路
由于使用IAP15F2K61S2单片机发出的PWM对交流无级电机进行调试，考虑到弱电与强电的隔离以及较高的PWM工作频率等问题，故采用摩托罗拉公司生产的常用作大功率可控硅的MOC3061光耦合器。
1.2.6 LCD12864显示电路
本系统采用LCD12864液晶屏显示系统各项参数，该液晶屏技术较为成熟且应用广泛，开发容易，价格低廉[3]。
1.2.7 灯光控制电路
本系统采用电磁继电器对220 V交流灯光进行有效控制，利用弱电控制强电，避免人对强电直接控制。
2 课室风扇灯光管理系统软件设计
2.1 单片机主程序设计
课室风扇灯光管理系统主要完成光照传感器模块、温度传感器模块、光照传感器电路、光电传感器以及CC1101通信模块信号采集、处理、显示以及按键电路识别等功能。因此设计软件时，必须先对各个模块进行初始化，而后单片机才能调用各个模块并接收相应的信号，最后才能实现本系统具备的相应功能。主程序流程如图2所示。
2.2 上位机设计
本管理系统使用微软公司发布的Visual Basic软件开发出针对本管理系统的上位机软件，其主要是收集、处理下位机硬件设备传送过来的各类信息以及向下位机硬件设备发出操作指令[4]。本管理系统上位机软件登录界面如图3所示，用户必须输入正确的用户名称和用户密码才能进入课室风扇灯光管理系统上位机软件用户主界面。
当用户成功登录课室风扇灯光管理系统上位机并进入主界面之后，准确无误地设置串口及波特率之后，串口工作指示灯变为绿色，否则为红色提醒用户当前选择串口有误。
当用户点击“获取温度”按钮之后，上位机收集下位机实时环境温度并在系统温度区域显示出来。
当用户需要对风扇①、风扇②进行调试时，只需点击相应的“高速”、“中速”、“低速”及“停止”按钮，此时课室电风扇工作状态区域中以文字的形式显示出当前风扇工作状态，若风扇正常运行其工作指示灯为绿色，否则为红色。
当用户点击“灯光①”、“灯光②”按钮，则可以切换灯光正常通电及断电状态，灯光正常通电时其工作指示灯为绿色，否则为红色。
当用户在硬件设备上通过按键改变风扇①和风扇②、灯光①、灯光②工作状态时，上位机也会及时获取相关信息并显示出来。
课室风扇灯光管理系统上位机运行状态①、②分别如图4、图5所示。
3 结论
经过反复试验表明本管理系统上位机软件以及下位机硬件设备中各个功能模块均能长时间稳定运行，采集数据迅速，分析及处理数据准确，及时有效对风扇进行调速、灯光开与关灯操作，无线通信可靠传输数据。
综合上述，本课室风扇灯光管理系统实现了一定的智能化控制，在一定程度上节约了能源，减少了课室管理员的工作量，具有一定的实际应用价值。
参考文献
[1] 林海汀.电子工艺技术与实践[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2] 丁向荣.增强型8051单片机原理与系统开发（C51版）[M].北京：清华大学出版社，2013.
[3] 李全利.单片机原理及应用（C51编程）[M].北京：高等教育出版社，2012.
[4] 丁张辉.Visual Basic串口通信及编程实例[M].北京：化学工业出版社，2011.