基于单片机的教室人数检测系统-设计说明书
编号：
CJ-51-2021-001-LW
设计摘要：
本设计是基于单片机的红外对管检测教室人数系统，此系统是以红外对管检测人数为主要研究对象，STC89C52单片机为主要控制关键，使用DS18B20获取当前教室温度。LCD1602显示屏主要显示教室人数、当前温度、人数最小值、温度阈值。功能键可以设置温度阈值和教室人数最小值，当人数大于设置的最大值，LED指示灯亮起，当温度大于设置的最大值，继电器闭合，控制风扇工作，蜂鸣器报警提醒。该系统使用的红外对管抗干扰性强，灵敏度高，可靠性高，它可以解决计数中的增减问题，对任意流水线产品及来往客流自动计数，因此研究计数器及扩大其应用，有着非常现实的意义。
关键词：单片机；红外对管；阈值报警；温度检测
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 教室人数和温度检测实物测试
5.3 设置人数最小值实物测试
5.4 设置温度阈值实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
该设计方案基于实际问题，便是时间问题。随着当今经济的飞速发展，生活节奏越来越快。例如，该设计计划中要处理的难题，在高校中，每位老师都会在上课之前进行授课。对于一个有一百或两百人的大教室，讲课已经浪费了时间，再点名将会错过更多时间。一堂课大约需要45分钟，而点名可能需要10分钟。这样一来，该班的教学效率将大大降低，也将打乱教师的教学计划。随着时间的一点一点积累，可能会发生许多不必要的麻烦。这是对老师和学生是无法避免的伤害。因此想要有快速的节奏感，并且要在相对有限的时间内吸收无穷的专业知识，提高效率是首要考虑的对象。
另外，在许多封闭的公共场所中，当房间的总数达到一定的总数时，即使打开窗户进行自然通风，也无法迅速解决房间中的高温问题，因此必须使用诸如电风扇之类的电器。例如在教室里，下课后打开冷却风扇以降低温度后，上课时室温会降低，但是由于是在上课时间，所以不能随便走动并关闭风扇。这将影响老师和同学的教学，因此需要智能控制风扇来完成此项工作，智能化的散热风扇可以解决此类问题。在该设计方案中，设计智能冷却风扇来完成此项工作。当室内温度低于设定温度时，冷却风扇将自动关闭，这可以减少不必要的电能消耗或被迫中断教学。在这种情况下，智能关闭冷却风扇显得尤为重要。
针对以上两个考虑的方向，一种是减少点名时间，提高教学效率。因此选择红外技术完成设计，如今，红外技术不断发展，通常介绍的是红外传感器，该技术准确性很高，具有很强的抗干扰能力，可以快速检测总数[1]。另一方面，为了更好地减少功率和能量的消耗，需要可以根据温度进行调节的冷却风扇系统软件。因此，该设计使用了一对普通的红外管，并且和智能冷却风扇紧密集成在一起，可以对进出教室的人员进行检查，而STC89C52单片机被设计为可以和红外对管相互配合，以检查教室的总数，并分析人员总数，并对不符合条件的情况实施自动警报处理，并根据温度调整冷却风扇的状态。
1.2 国内外研究现状
教室是学生上课和自学的主要场所，由于学校教室有限，学生往往需要更多时间才能找到没有课或人少的教室。因此，对课堂学生人数进行实时统计，对于增强学校精神，帮助教师了解课堂情况具有重要意义。开发课堂人口统计系统，帮助学生快速找到合适的自习室，具有十分重要的意义[2]。为了解决课堂学生人数难以自动统计、无法实时的问题，根据人脸检测原理和参考卷积神经网络目标检测框架，刘明熙提出了适合该框架的特殊单一检测架构和规模分配策略，解决了课堂学生自动计数的困难。该设计采用特定数据集进行验证，取得先进的检测结果，最终获得97.8%的统计准确率。在课堂监控图像中，个别学生是小目标，但现有的基于复杂神经网络的 R-FCN 目标检测算法很难检测小目标。为了解决这个问题，在R-FCN的基础上进行了一系列改进，大大提高了R-FCN目标检测算法识别小目标的能力。在自制数据集上进行验证，准确率高达 89.4%。
有许多计划可以分析教室总数并减少点名时间。例如，马俊伟等， “可以自动分析教室总数的设备”。用学生卡刷校园用卡是一种计算课程总数的方法。这种方法有益于集中检查，但是学生在进出教室时刷校园卡很容易造成交通拥挤和上课速度慢。另外，刷校园卡进入门很可能会因为丢失进入教室的卡而损害统计分析的准确性。
李晓云，何秋生，张森等设计了一种以51单片机为控制核心的方案，并根据WLAN教室的总数设计了一种检查显示设备的方案。系统软件分为两部分：服务器和从机两个部分。从机是基于对工作人员的光电开关。进行出入检查，全面分析收集并返回的数据，并通过无线模块发送给服务器，服务器将在LED显示屏上指示接收到的信息的内容，通过测试检测，系统软件可以实时，准确地检查多个教室的总人数，而且成本低廉[3]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于基于单片机的红外管检教室总数的系统软件。系统软件由STC89C52最小单片机，DS18B20测温控制模块，红外对管控制模块，继电器控制冷却风扇模块和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1）使用DS18B20集成IC检查当前温度；
2）对红外灯管施加红外光，并根据两个红外对管的触发状态模拟进出。
3）继电器用于控制冷却风扇。当温度超过设定的最大值时，继电器闭合，风扇打开；
4）LCD1602显示屏显示测得的温度和教室总人数；
5）根据按钮将警报值设置为检查量的最大值。当检查量超过设定量时，蜂鸣器将发出警报。
