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基于AT89S51单片机的自习室管理系统

  摘 要:本文以AT89S51单片机为核心,设计了一个自习室管理系统,以帮助学生快速有效地选择自习教室,使得学校教室资源可以得到合理高效地利用。教室部分系统作为基本主题,通过红外计数、按键等方式对教室状态进行采集判断,然后采用有线通信方式与上位机进行通信,具有体积小、效率高、成本低、结构简单和可靠性强的优点。
  关键词:AT89S51;单片机;红外计数;自习室管理系统
  中图分类号:TM762 文献标识码:A
  0. 引言
  学校的空闲教室是学生们最喜欢用于上自习的地方,在教室自习虽然避免了下课后去图书馆找座的时间浪费。但是,由于每间教室分配的教学任务不同,其使用的时间和状况也不同,所以想要在自己上课的教学楼找到一个空闲的教室也不是一件容易的事。
  通过采用单片机控制的自习室管理系统,可以简单有效地解决上述问题,方便学生快速有效地找到合适的自习教室。通过单独置于的教室的子系统对当前教室的使用情况和使用人数进行记录,然后在教学楼相应的区域进行显示。这样,学生可以通过系统显示的内容在其所处的教学楼内进行自习室的选择,大大节省了盲目找座的时间,对教室资源的高效使用也有很大的意义。
  1. 系统总体设计
  本系统主要包含两个主体部分:教室单元和大厅单元(即总显示部分)。系统的工作流程如下:
  每个教室的使用状态有“上课中”、“自习(人少)”和“自习(人多)”3种。现用3种不同颜色的LED灯表示当前教室状态:红色代表“上课中”;绿色代表“自习(人少)”;黄色代表“自习(人多)”。单片机通过对当前教室信息进行判断,并且实时将教室信息用LED灯表示,并且在本楼层进行显示。每个教室的使用信息数据由单片机通过有线通信的方式向上一级发送,然后位于大厅的单片机读取各个楼层教室的使用数据并且点亮大厅的教室使用状态灯。
  各模块间的关系如图1所示。
  2. 系统各功能模块实现
  自习室管理系统的主要部分是对教室的状态信息进行采集与判断,这里采用单片机作为控制中心。
  AT89S51是一种低功耗高性能的8位单片机,片内带有一个4KB的Flash在线可编擦除只读存储器,它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容。片内的存储器允许在线重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程。同时已具有三级程序存储器保密的性能。在众多的51系列单片机中,要算ATMEL公司的AT89S51更实用,因为它不仅和MCS-51系列单片机指令、管脚完全兼容,而且它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上。AT89S51单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短,方便使用。
  2.1 教室单元设计
  2.1.1 教室人数
  对于自习室的使用来说,并不需要精确知道每个教室当前有多少人,因此采用红外对管的方式对教室人数进行计算,原理如图2所示。
  将两组红外线发射接收对管安装在图2中所示的墙壁上,外侧的红外线发射接收对管的位置为P1,内侧的位置为P2,这里P1的P2之间需要有一定的间隔距离。此时根据P1和P2的触发顺序可以有两种情况:P1先触发,P2后触发;P2先触发,P1后触发。前者表示有人进入教室,这时总人数加1,后者表示有人离开教室,此时总人数减1。
  计数过程流程图如图3所示,其中Pa=1代表位置P1处的红外线发射接收对管被触发,Pb=1代表位置P2处的红外线发射接收对管被触发。
  部分计数代码如下:
  MOV 20H,#0 // 清零
  MAIN:MOV A,P1.0
  ORL A,P1.1
  MOV 45H,A
  JNB 45H,MAIN
  JNB P1.0,D1
  JNB P1.1,MAIN
  INC 20H //满足进入条件,加1
  SJMP MAIN
  D1:JNB P1.1,MAIN
  JNB P1.0,MAIN
  DEC 20H //满足离开条件,减1
  SJMP MAIN
  2.1.2 教室状态
  每个教室的使用状态有“上课中”、“自习(人少)”和“自习(人多)”3种。现用3种不同颜色的LED灯表示当前教室状态:红色代表“上课中”;绿色代表“自习(人少)”;黄色代表“自习(人多)”。上课状态由控制按键决定,按键按下表示处于“上课中”,否则处于“自习”状态。
  取教室容量为A,当前教室学生数为B,考虑到一般自习教室的自习人数大约为教室容量A的80%,因此可令教室容量A的70%作为判断教室容量状态的标志:在自习状态下,若B>70%A,则亮黄灯,否则亮绿灯。
  2.1.3 数据收发
  通过有线通信的方式实现AT89S51单片机与上位机的数据收发。给每个教室分配不同的端口地址。由于自习教室人员流动情况较小,单片机与服务器的通信频率采用当有新数据需要传送时进行通信,以降低系统的资源占用,提高系统的使用效率。
  2.1.4 教室系统设计
  考虑到实际应用情况,采用AT89S51单片机的中断系统对是否上课进行判断,当中断未出现时,单片机继续监控学生出入,当“上下课”中断产生时,单片机跳出主程序,优先执行中断,实现教室状态信息灯的控制。具体设计流程如图4所示。
  由AT89S51单片机的P3.2引脚引入外部中断INT0,外部中断源INT0为低电平有效,当P3.2引脚输入低电平时,单片机相应该中断,执行相应的中断处理子程序。
  部分主要代码如图5所示。
  需要说明的是,跳出执行的中断处理子程序的功能只负责修改状态灯的亮灭情况,不对计数器进行任何操作。
  2.2 大厅单元设计
  放置在大厅的是系统的总显示系统,用于集中显示各教室的使用状况。通过一片AT89S51单片机接收下级系统发送的状态信息,并且由特定的端口地址取出对应教室的使用状况数据,点亮对应状态指示灯。
  结语
  本文所设计的系统具有体积小、效率高、成本低、结构简单和可靠性强的优点。通过安装该系统,可以使高校的教室得到更加合理地利用,提高资源的利用率,避免了教室的空置和浪费。对于学生来说,该系统提供的教室信息也便于其快速有效地选择自习教室,从而避开上课教室和自习人多的教室,大大减少了时间的浪费。相较于其他单片机来说,AT89S51具有价格低廉、功能强大的特点,因此,基于AT89S51单片机的该系统容易得到接受与推广,具有很高的实用价值。
  参考文献
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