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编号:
HJJ-32-2021-022
设计简介:
本设计是基于单片机的教室人数检测系统,主要实现以下功能:
主机:
- LCD1602显示从机当前人数
- 按键切换上下课状态
从机:
- 可实现LCD1602显示应到人数以及实到人数;
- 可实现通过按键调节应到人数的数值大小;
- 可实现通过一对红外对管检测人是进来和出去;
- 实现通过两对红外对管同时检测前门和后门人数进出。
- 上课前先检测当前人数是否到达设置值,并语音播报
系统可设置多从机(最多4个)
标签:51单片机、LCD1602、红外对管、人数统计
题目扩展:自习室人数统计、教室人数统计、会议室人数统计
系统框图:
本设计以STM32F103单片机为核心控制器,加上其他的模块一起组成教室人数的整个系统,其中包含中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用了STM32F103单片机,其主要作用是获取输入部分数据,经过内部处理,控制输出部分。输入由三部分组成,第一部分是红外对管检测模块,通过该模块可检测当前的教室人数;第二部分是独立按键,通过三个独立按键切换界面和调整人数阈值;第三部分是供电电路,给整个系统进行供电。输出由五部分组成,第一部分是LCD1602显示模块, 通过该模块可以显示当前教室人数、设置人数阈值等;第二部分是语音播报模块,当人已到齐时,语音播报“人齐了”,当人未到齐时,则语音播报“还差%d人未到”;第三部分是zigbee模块,通过该模块可将数据发送给电脑;第四部分是LED指示灯,当人已到齐时,灯亮三秒;第五部分是蜂鸣器,当人未到齐时,蜂鸣器进响三秒。
5 仿真调试
5.1 仿真设计
为了确保本次电路设计成功,避免不必要的浪费资源并且存在潜在危险的设计缺陷,在进行实物操作之前,利用软件proteus8进行了实物的仿真设计,这样就可以预先提前发现问题,减少现实研发的风险。所以对于本次的电路研究来说,在虚拟的仿真环境先进行研究是很便利的。仿真设计中所使用到的模块分别是电源模块、显示模块、单片机模块、复位电路模块、晶振电路模块、下载模块、独立按键模块、ZigBee模块、红外对管检测模块、语音播报模块、LED指示灯和蜂鸣器。本次设计的仿真调试图如下图5-1所示:
图5-1 教室人数实时检测仿真设计图
5.2 人数设置阈值调试
点击proteus8界面的运行图标对我们的仿真物进行实践操作,LCD1602当前显示人数为0,然后通过按键“A12”进行设置人数阈值,按键“A11”设置逐一增加人数,按键“A7”则是逐一减少人数。仿真设计上的运行相当于我们实际给硬件通电,所以,通电后初始状态如图5-2所示,设置人数阈值如图5-3所示。
图5-2 通电初始状态图
鼠标点击按键“A12”,LCD显示初始状态的数据30 ,接下来可以分别通过点击按键“A11”和“A7”进行增加或者减少设置人数阈值。
图5-3 “A12”人数阈值图
利用鼠标点击按键“A11”进行仿真人数增加调试,结果如下图5-4所示:
图5-4 “A11”增加人数设置图
利用鼠标点击按键“A7”进行仿真人数减少调试,结果如下图5-5所示:
图5-5 “A7”减少人数设置图
5.3人数是否到齐调试
本次调试将人数阈值设置为10人,先点击红外对管左边的第一个按键(与电阻R1相连)然后再点击第二个按键(与电阻R2相连),即为计算人数的增加+1,反过来,先点击第二个按键(与电阻R2相连)再点击第一个按键(与电阻R1相连)则为计算人数的减少-1,若是人数为满则指示灯“D2”亮;若人数已达到设置的阈值则指示灯“D1”亮。
图 5-8仿真人数未满图
图5-8 仿真人数已满图
6实物调试
6.1 实物总体设计
要进行实物的操作,第一步要做的则是电路焊接,本次焊接的模块共有十二个模块,分别是电源模块、显示模块、单片机模块、复位电路模块、晶振电路模块、下载模块、独立按键模块、ZigBee模块、红外对管检测模块、语音播报模块、LED指示灯和蜂鸣器。其中,单片机采用的是STM32F103芯片;显示模块采用LCD1602显示当前教室人数、设置人数阈值;ZigBee模块用于将数据发送给电脑;红外对管模块用于检测人数;语音播报模块用于播报人是否到齐。完成好实物的设计后开始准备所需的元器件,如表5-1所示为本次进行实物的焊接时所需要到的元器件,图5-1为焊接完整实物图:
表5-1 元器件清单
名称 | 个数 | 封装 |
蜂鸣器 | 1 | BEEP 7.6X12X7.5 |
指示灯 | 4 | LED5-BLUE |
电源口 | 1 | DC-002 |
极性电容 | 1 | DIP-EC2.5X5X11 |
语音播报传感器 | 1 | 2.54mm(B4B-XH-AW) |
自锁按键 | 1 | KFT DIP-8X8 |
显示屏 | 1 | LCD1602 |
PNP三极管 | 1 | TO-92A |
1k电阻 | 3 | AXIAL0.3 |
3.3k电阻 | 1 | AXIAL0.3 |
2k电阻 | 2 | AXIAL0.3 |
独立按键 | 3 | DIP-6X6X5 |
ZigBee | 2 | PE18-MS1-PCB |
STM32F103c8t6最小系统 | 1 | STM32FF103 |
红外对管 | 2 | 红外对管 |
图5-1 完整焊接实物图
6.2 设置人数实物测试
如图5-2所示,接入电源,会响一下表示已连接电源,测试一切正常后,此时显示当前人数为0。通过按键中的S1“设置”键可切换到人数设置界面,如图5-3所示。此时,可通过S2“加”键和S3“减”键来调整人数,如图5-4所示。
图5-2 初始实物测试图
图5-3设置人数实物测试图
图5-4调整人数实物测试图
6.3 人数是否到齐实物测试
如图5-5所示,若此时人数是3,按下按键S2,则语音播报“还差7人未到”,同时蜂鸣器响3秒。如图5-6所示,若人数已到齐,则灯亮3秒,语音播报“人齐了”。
图5-5未到齐实物测试图
图5-6已到齐实物测试图
6.4 连接电脑实物测试
如图5-7所示,将另一个带有USB插口的ZigBee模块插在电脑上,此时ZigBee模块上蓝灯亮,表示已经连接。如图5-8所示,电脑屏幕中显示当前人数。
图5-7连接电脑实物测试图
图5-8电脑显示人数实物测试图
设计摘要:
课堂点名是学校考勤制度的重要组成部分,对学生具有一定的规范性和约束力,有助于学校对学生的管理。所以,每位老师都会在上课之前进行全班同学人数点名。但是对于大学课堂来说,教室都是可以容纳一百或两百人的大教室,利用传统的人工点名方式将会浪费老师的上课时间。本次设计的教室人数实时检测系统,主要是使用STM32F103C8T6单片机实时监控教室人数,其可以检测到教室总人数。关键技术使用的是红外对管模块对教室人员的进进出出进行数据分析。选择LCD1602液晶屏幕实时显示教室人数,选择按键和报警电路反映人员的出勤状态,红外对管采用2组控制进出,选择一定的逻辑操作使得红外对管可以具有功能,并完成对教室总人数的实时检测。最后我们再根据Zigbee无线通信控制模块将检测到的数据信息发送到电脑。
关键词:红外对管,LCD1602,单片机,控制,Zigbee
字数:13000+
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摘 要
Abstract
1 引言
1.1 教室的实时监测人数意义与背景
1.2 教室的实时监测系统研究现状
1.3 论文的主要工作
2 教室实时监测系统的总体设计
2.1 方案设计
2.2 主要思路
2.3 系统实现功能
2.4 方案的选择
2.4.1 无线通讯部分
2.4.2 人数采集部分
2.4.3 显示部分
2.4.4 微控制芯片的选择
3 教室实时监测硬件电路的设计
3.1 控制系统框架设计
3.2 控制系统的硬件电路分析
3.2.1 单片机最小系统
3.2.2 显示电路
3.2.3 报警电路
3.2.4 红外对管
3.2.5 继电器
3.2.6 通讯电路
3.2.7 语音播报模块
4 系统程序设计
4.1 软件介绍
4.2 主程序流程
4.3 按键函数流程
4.4 处理函数流程
4.5 显示函数流程
5 仿真调试
5.1 仿真设计
5.2 人数设置阈值调试
5.3人数是否到齐调试
6 实物调试
6.1 实物总体设计
6.2 设置人数实物测试
6.3 人数是否到齐实物测试
6.4 连接电脑实物测试
7 成本运算与环境分析
7.1 教室人数检测环境分析
7.2 成本预算
7.3 环境分析
结 论
参考文献
致谢
附录