基于单片机的学生公寓空调运行智能监控系统设计

吴翠娟

摘要：改文设计了一个基于单片机处理器的用于学生公寓的空调运行智能监控系统。系统能够帮助学校统一监控管理学生公寓的空调运行，有夏季和冬季两种控制模式，具有定时通断公寓空调供电插座群电源，根据公寓实际温度通断空调供电插座群电源的功能，并具有公寓无人状态下自动切断空调供电插座群电源的功能。应用本系统对学生公寓的空调运行进行监控管理，具有定时通断、温度控制、节约电能等特点，使学生公寓的空调运行管理更具人性化和智能化。

关键词：空调供电；插座群；定时通断；温度控制；节电

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）32-0205-03

1 概述

随着家用电器的飞速发展，人们享受着科技进步带来的舒适的居住和生活环境，空调已进入千家万户，各大学校的教室、学生公寓也都普遍安装了空调。但是在空调带给人们舒适环境的同时，无谓的电能浪费也大大增加。例如有的学生追求强烈的感官刺激，夏天将空调制冷温度设定在20℃以下，冬天将制热温度设置在30℃以上，这不仅对学生的身体健康不利，还造成了电能的极大浪费；有的学生离开宿舍后，忘记及时关闭空调，同样造成了电能的浪费。

因此，构建一个学生公寓的空调供电插座群智能监控系统，对公寓的空调供电插座实现智能化监控和管理，对于空调运行的人性化管理和电能节约具有现实意义和实用价值。

本文设计了一个基于ARM的学生公寓空调供电插座群智能监控系统，可对学生公寓内每个房间的空调供电插座进行监测，当室内温度在空调运行监控系统设定的温度范围内时，空调供电插座通电，学生可以开启使用空调，否则空调供电插座断电，无法使用空调设备。

空调运行智能监控系统分为夏季和冬季两种控制模式，冬季模式时，当环境温度低于10℃时，允许开启空调制热，但室内温度高于国家对建筑物空调温度控制标准规定的20℃时，将自动关闭空调；夏季模式时，当环境温度高30℃时，允许开启空调制冷，但室内温度低于国家对建筑物空调温度控制标准规定的26℃时，将自动关闭空调。达到舒适又节能的目的。

在空调开启的状态下，监控宿舍内是否有人，如果超过15分钟没有人，空调供电插座自动断电，保证学生离开宿舍时忘记关闭空调的情况下，能自动关闭空调，达到节约电能的目的。本系统还具有控制空调开关时间的功能，便于在日常教学时间空调使用的管理。

2 空调运行监控系统组成框图

本空调运行智能监控系统由单片机控制系统组成，模块电路由设置电路、温度采集电路、人体感应电路、实时时间电路、单片机主控电路、插座控制电路、显示电路、报警电路等构成。系统组成框图如图1所示。

图1中，主控电路由单片机构成，是系统的核心部分，用于控制各模块电路的协调工作；实时时间电路为系统提供实时时间；设置电路用来设置空调工作的温度范围、开机时间、实时时间等参数的设定；人体感应电路用于检测宿舍是否有人；温度采集电路实时采集宿舍内环境的温度；开关控制电路用来控制空调电源的通断；显示电路用来显示时间、环境温度等参数；报警电路用于空调运行开关状态的提示。

3 系统硬件电路

空调运行智能监控系统由主控电路、设置电路、温度采集电路、人体感应电路、实时时间电路、主控电路、插座控制电路、显示电路、报警电路等组成。

主控电路由ARM单片机最小系统及外围接口电路构成，设置电路由按键电路构成，插座通断控制电路由继电器驱动电路构成，显示电路采用液晶显示，电路结构简单，本文详述温度采集电路、人体感应电路及实时时钟电路。

3.1 温度采集电路

温度采集电路采用数字式温度传感器来检测采集宿舍环境温度，该温度信息作为空调运行智能监控系统的工作模式、工作温度的判断依据。

是单线数字温度传感器，与主控制器连接时，采用单总线的接口方式，即仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯。

DS18b20内部含有64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等主要功能，内部结构如图2所示。

DS18B20传感器内部工作流程是在一个高温度系数振荡器的基础上来确定一个门周期，内部的计数器就可以在门周期对一个低温度系数的温度振荡器的脉冲变化进行计数来得到温度值。

温度采集电路如图3所示，传感器测量的环境温度值送到单片机的P1.1口。

3.2 人体感应电路

人体感应电路的功能：一是当宿舍环境温度在空调运行智能监控系统的运行温度范围内时，判断宿舍是否有人，如果有人则接通空调供电插座电源，允许空调运行；二是空调运行的状态下，判断宿舍是否有人，宿舍无人超过系统规定时间，则自动切断空调供电插座电源。

人体感应电路采用红外热释电传感器模块DYP-ME003实现。DYP-ME003模块有3个引脚，如图4所示，VCC接+5V直流电源，GND接地，OUT为输出引脚，当检测到有人时为高电平，无人则为低电平。

3.3 实时时钟电路

实时时钟电路的功能是产生实时日期和时钟，用于空调运行智能监控系统的定时控制，并作为夏季和冬季控制模式切换的依据，可以根据各地区温度情况调整设置，如每年的11月份到4月份，为冬季监控模式，5月份到10月份为夏季模式。

实时时钟电路采用DS1302实时时钟芯片实现。DS1302通过简单的串行接口与单片机进行通信，产生实时时间信息。单片机比对实时时间和设置好的定时通断时间，当达到定时时间时，发出控制命令，控制空调电源插座的通断。

时钟模块电路如图5所示。

图中，DS1302为实时时钟芯片，Y2为专用的32768HZ的时钟晶体，P2为3V的纽扣备用电池，当系统掉电时，使得时钟芯片依然能与实时时间保持一致。D2二极管可防止主电源的电流倒灌电池，从而增加电池寿命。

4 系统软件流程

系统软件首先进行初始化工作，然后读取环境温度、当前时间、是否有人在宿舍活动等信息，并判断空调运行的夏季或冬季模式，并检测是否满足空调运行的条件，如果满足，则接通空调供电插座电源。在空调运行状态下，夏季模式时，检测的制冷温度是否低于26℃，低于则报警提示使用者调高空调控制器的制冷温度，否则延时持续5分钟低于26℃的状态时，关闭空调电源；冬季模式时，检测检测的制热温度是否高于20℃，高于则报警提示使用者调低空调控制器的制热温度，否则延时持续5分钟高于20℃的状态时，关闭空调电源； 检测宿舍是否有人，无人超过设定的时间，则自动切断空调供电插座电源，关闭空调。

系统软件流程图如图6所示。

5 结论

本空调运行智能监控系统经测试，可以在环境温度为低于10℃，高于30℃时允许空调运行，并且当使用者将空调的运行温度设置为超过国家对建筑物空调使用温度控制标准（夏季不得低于26℃，冬季不得高于20℃）时，给出警告提示，如果没有在规定时间内设置空调正确的控制温度，则自动关闭空调电源，达到节能目的。本空调运行智能监控系统可以应用于智能小区的智能家居系统推广应用。

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【通联编辑：张薇】