一种基于单片机的智能教室管理系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于单片机的智能教室管理系统。

背景技术：

通过调研高校教室管理与学生自习现状，发现教室管理信息化、智能化程度不高，教学资源合理利用率与学生自习需求度不匹配的现象比较普遍。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、智能化程度高的基于单片机的智能教室管理系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于单片机的智能教室管理系统，包括人体红外感应模块、光照强度检测模块、温度检测模块、时钟模块、控制器、摄像头模块、红外线控制模块、继电器控制模块、显示器和电源模块，所述电源模块为整个管理系统提供工作电源，所述控制器分别与人体红外感应模块、光照强度检测模块、温度检测模块、时钟模块、摄像头模块、红外线控制模块、继电器控制模块相连，所述人体红外感应模块实时采集教室内的人体红外信号，光照强度检测模块实时采集教室内的光照强度信号，温度检测模块实时采集教室内的温度信号，摄像头模块实时采集教室内的图片信号，所有采集的信号均送入控制器中，控制器根据采集的信号输出相应的控制信号至红外线控制模块和继电器控制模块，控制教室内各电器的工作状态，同时控制器将采集的信号在显示器中显示并通过以太网通信模块将采集的各信号送到终端。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述控制器采用型号为STM32F407ZGT6的单片机。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述摄像头模块包括镜头、图像传感器、A/D转换器、数字信号处理器，景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面，然后转为电信号，电信号经过A/D转换器转换后变为数字图像信号，数字图像信号送到数字信号处理中处理后传输到单片机中，然后通过显示器即可看到图像，通过摄像头模块对学生的人数、到课情况进行统计，最终传送到终端。

上述基于单片机的智能教室管理系统，还包括语音播放模块、语音交互模块和网络接口模块，语音播放模块、语音交互模块、网络接口模块均连接控制器。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述电源模块包括依次串接的变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路，变压器将电网电压转为所需的交流电压，整流电路将交流电压转换成直流电压，直流电压通过滤波电路滤波、稳压电路稳压后输出。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述红外线控制模块接收单片机发送的控制信号，发出相应的红外线来控制空调、投影仪的开启和关闭。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述继电器控制模块接收单片机发送的控制信号，通过串接在照明设备的供电回路中的继电器辅助触点来对照明设备进行开启、关闭控制。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述光照强度检测模块采用光照传感器BH1750FVI来测量教室光照强度，一个教室内东南西北四个角落各设置一个光照传感器，采集四个位置的光照强度，最后取平均值作为教室当前实际光照强度；当实际光照强度大于预设光照强度阈值，继电器控制模块接收单片机发送的控制信号，关闭教室内的照明设备。

上述基于单片机的智能教室管理系统，所述温度检测模块采用温度传感器DS18B20来测量教室温度，一个教室内前中后三个位置处各设置一个温度传感器，采集三个位置的温度强度，最后取平均值作为教室当前实际温度值。

上述基于单片机的智能教室管理系统还包括报警模块和存储模块，报警模块、存储模块与控制器相连。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型设有人体红外感应模块、光照强度检测模块、温度检测模块、时钟模块、控制器、摄像头模块、红外线控制模块、继电器控制模块、显示器和电源模块，所述人体红外感应模块实时采集教室内的人体红外信号，光照强度检测模块实时采集教室内的光照强度信号，温度检测模块实时采集教室内的温度信号，摄像头模块实时采集教室内的图片信号，所有采集的信号均送入控制器中，控制器根据采集的信号输出相应的控制信号至红外线控制模块和继电器控制模块，控制教室内各电器的工作状态，同时控制器将采集的信号在显示器中显示并通过以太网通信模块将采集的各信号送到终端。本实用新型具有结构简单、智能化程度高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1中控制器的芯片图。

图3为图1中光照强度检测模块的电路图。

图4为图1中报警模块的电路图。

图5为图1中存储模块的电路图。

图6为图1中网络接口模块的电路图。

图7为图1中红外线控制模块的电路图。

图8为图1中温度检测模块的电路图。

图9为图1中摄像头模块的电路图。

图10为图1中电源模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种基于单片机的智能教室管理系统，包括人体红外感应模块、光照强度检测模块、温度检测模块、时钟模块、控制器、摄像头模块、红外线控制模块、继电器控制模块、显示器和电源模块，所述电源模块为整个管理系统提供工作电源，所述控制器分别与人体红外感应模块、光照强度检测模块、温度检测模块、时钟模块、摄像头模块、红外线控制模块、继电器控制模块相连，所述人体红外感应模块实时采集教室内的人体红外信号，光照强度检测模块实时采集教室内的光照强度信号，温度检测模块实时采集教室内的温度信号，摄像头模块实时采集教室内的图片信号，所有采集的信号均送入控制器中，控制器根据采集的信号输出相应的控制信号至红外线控制模块和继电器控制模块，控制教室内各电器的工作状态，同时控制器将采集的信号在显示器中显示并通过以太网通信模块将采集的各信号送到终端。

如图2所示，所述控制器采用型号为STM32F407ZGT6的单片机。STM32有着强大的性能，采用STM32f407zgt6芯片做为主控芯片，并搭配UCOS嵌入式系统一起来进行对整个系统的各个传感器、通信传输、教室控制端和终端控制的协调运行，从而做到多任务同时运行整个智能教室管理系统，达到同时接收并控制多种模块的目的，使得本系统更加灵活。

所述摄像头模块包括镜头、图像传感器、A/D转换器、数字信号处理器，景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面，然后转为电信号，电信号经过A/D转换器转换后变为数字图像信号，数字图像信号送到数字信号处理中处理后传输到单片机中，然后通过显示器即可看到图像，通过摄像头模块对学生的人数、到课情况进行统计，最终传送到终端。所述人体红外感应模块配合摄像头模块能够精确检测教室人数，便在显示器上实时显示相关教室的使用情况和教室内人数，当教室内无人时，可通过红外线控制模块和继电器控制模块，自动关闭教室内电器；摄像头模块的电路图如图9所示，图中J1的18-3引脚分别连接单片机的132、124、97、96、99、98、136、112、5、4、42、100、137、40、122、123引脚。

以太网通信模块，TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，将每间教室中的相关采样数据发送到终端，以实现服务器终端与各教室之间的信息传递，实现远程控制的功能。

智能教室管理系统还包括YS-M3语音播放模块和语音交互模块，语音播放模块主要用于在特定的情况下（教室人数满了、晚上规定离开教室的时间到了、管理人员需要对教室另有用途等）起到语言提示功能，便于学生知道实际情况。语音交互模块包括语音合成、语音搜索、语音听写等智能语音交互能力在内的移动互联网智能交互平台，实现语音和文字之间的转换。

所述电源模块包括依次串接的变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。其电路图如图10所示。变压器：为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网转换到合适的数值，因此选择了原副线圈比为18：1的变压器，使得输出电压约为12V，变压器的主要作用是将电网电压转为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用，有效地避免了因为直接接触高电压而造成的伤害；整流电路：利用单向导电器件二极管将交流电压转换成脉动的直流电压，采用全桥式整流电路将交流电转换为比较稳定的直流电压，达到一个初步将交流电转换为直流电的效果；滤波电路: 利用储能元件电容把脉动直流电转换成比较平坦的直流电；稳压电路：尽管经过整流滤波后的电压接近于直流电压，但其电压的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，采用78系列和79系列的稳压片来达到稳压效果。

所述红外线控制模块接收单片机发送的控制信号，发出相应的红外线来控制空调、投影仪的开启和关闭，通过红外通信遥控控制。其电路图如图7所示，REMOTE IN引脚连接单片机的139引脚，REMOTE OUT引脚连接单片机的140引脚。

所述继电器控制模块接收单片机发送的控制信号，通过串接在照明设备的供电回路（220V交流电）中的继电器辅助触点来对照明设备进行开启、关闭控制。

所述光照强度检测模块的电路图如图3所示，所述光照强度检测模块采用光照传感器BH1750FVI来测量教室光照强度，由于该传感器具有不区分环境光源接近于视觉灵敏度的分光特性，可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测量，故采用该传感器。一个教室内东南西北四个角落各设置一个光照传感器，采集四个位置的光照强度，最后取平均值作为教室当前实际光照强度，这样能够减少测量误差，提高测量精度；通过对采集光强情况及时对教室的灯光开关以及亮灯强弱进行控制，达到教室智能化调控。

所述温度检测模块采用温度传感器DS18B20来测量教室温度，由于该传感器具有体积小、价格便宜、抗干扰能力强、精度强的特点，故采用该传感器；一个教室内前中后三个位置处各设置一个温度传感器，采集三个位置的温度强度，最后取平均值作为教室当前实际温度值，这样能够减少测量误差，提高测量精度，如图8所示，DS18B20的2引脚与单片机的49引脚连接。

时钟模块为单片机自带的，通过时钟模块进行计时，通过测量到的时间跟学校的作息时间对比，从而做出相关控制。

如图4所示，报警模块采用蜂鸣器，单片机的BEEP引脚连接在MOS管Q1的栅极，通过BEEP引脚输出的电平信号来控制MOS管Q1的通断，从而控制蜂鸣器的电源通断，实现报警。

如图5所示，存储模块的主芯片采用IS62WV51216，芯片的5-1引脚连接单片机的10-14引脚，44-42引脚连接单片的82-80引脚，27-25引脚连接单片机的88-90引脚，24引脚连接单片的15引脚，22-18引脚连接单片的53-57引脚，23引脚连接单片的50引脚，28引脚连接单片的87引脚，38-36引脚连接单片的79-77引脚，35引脚连接单片的68引脚，32-29引脚连接单片的67-64引脚，16引脚连接单片的63引脚，15-13引脚连接单片的60-58引脚。10-7引脚连接单片的99-96引脚，40引脚连接单片的142引脚，39引脚连接单片的141引脚，41引脚连接单片的118引脚，17引脚连接单片的119引脚。

如图6所示，网络接口模块的主芯片采用LAN8720A，LAN8720A的12、13、17、18、16、8、7、11、14引脚分别连接单片机的36、27、128、129、126、44、45、43、35引脚。