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1. 基于单片机的智能宿舍环境控制系统设计
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1. 系统功能概述
本系统以单片机为核心，设计并实现了一种智能宿舍环境控制系统。该系统融合了光照自动控制、温湿度检测、烟雾监测以及智能闹钟功能，通过传感器采集宿舍内外环境数据，单片机进行综合判断后输出控制信号，自动完成照明、窗帘、风扇等设备的调节与控制，从而实现智能化、节能化的宿舍环境管理。
系统功能主要包括以下几部分：
- 光照与窗帘智能控制：通过光敏传感器检测室内外光线强度，当室内光线不足时自动打开照明灯；根据室外光强自动控制窗帘开合，达到自然采光优化的效果。
- 温湿度监测控制：通过DHT11温湿度传感器实时监测宿舍环境，当温度过高时蜂鸣器报警提醒；湿度过高时自动启动排风扇进行通风。
- 烟雾检测与安全防护：使用MQ-2烟雾传感器检测空气中烟雾浓度，超过设定阈值时系统立即启动排风扇并蜂鸣报警，保障宿舍安全。
- 闹钟定时功能：通过单片机内部定时器实现时间管理功能，支持用户设置闹钟时间，到点自动蜂鸣提醒，方便用户生活安排。
该系统综合运用了传感器技术、信号采集与控制技术、单片机嵌入式编程技术以及人机交互设计，能够在无人干预的情况下智能调整宿舍环境，达到舒适、安全与节能并重的效果。
2. 系统电路设计
系统的硬件设计围绕STC89C52单片机展开，配合光敏传感器、DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、LCD1602显示模块、蜂鸣器、继电器控制电路、按键模块以及时钟电路构成完整的智能控制系统。
2.1 主控模块（STC89C52单片机）
STC89C52单片机是系统的核心控制单元，负责数据采集、逻辑判断、显示驱动及设备控制。该单片机具有以下特点：
在本系统中，单片机的主要任务包括：采集光照、温湿度和烟雾传感器数据；根据阈值判断控制灯光、窗帘、排风扇与蜂鸣器；同时驱动LCD显示模块显示实时环境参数及系统状态。
2.2 光敏检测模块
光敏模块由光敏电阻与分压电路构成。光照强度变化会导致光敏电阻阻值变化，从而使分压输出电压随之改变。单片机通过ADC模块将该电压值转换为数字量，用于判断当前光照水平。
通过设置不同阈值，可实现自适应照明与窗帘控制，提升宿舍的舒适度与节能性。
2.3 温湿度检测模块（DHT11）
DHT11模块用于检测环境温湿度，内部包含温度传感器与湿度传感器，并通过单总线方式向单片机传输数据。
- 当温度超过设定值（如30℃）时，系统蜂鸣报警；
- 当湿度超过设定值（如70%RH）时，自动启动排风扇进行除湿。
DHT11模块响应速度快、接口简单、精度满足日常宿舍环境监测要求。
2.4 烟雾检测模块（MQ-2）
MQ-2气体传感器对烟雾、可燃气体及二氧化碳具有较高灵敏度。输出信号为模拟电压，单片机通过ADC0832模块采集电压值并进行浓度判断。
- 当检测到烟雾浓度超过阈值时，蜂鸣器立即报警；
- 同时驱动排风扇启动，加强空气流通，防止危险扩散。
此功能对宿舍防火防烟具有重要安全意义。
2.5 显示模块（LCD1602）
LCD1602液晶屏用于显示环境参数、时间及系统状态信息。主要显示内容包括：
TEMP: 28C HUM: 60%
LIGHT: LOW SMOKE: SAFE
当系统检测到异常，如温度超限或烟雾报警时，对应数据闪烁或显示警告符号，提醒用户注意。
LCD模块通过4位并行方式与单片机连接，既节省I/O资源，又能保证显示效率。
2.6 控制执行模块
该模块包括：
- LED照明控制：通过继电器驱动电路实现开关控制；
- 窗帘控制：使用双向继电器或L298N电机驱动模块控制步进电机，驱动窗帘开合；
- 排风扇控制：继电器驱动，响应湿度或烟雾超限信号；
- 蜂鸣器报警电路：由单片机直接驱动，通过脉冲信号控制报警节奏。
执行模块采用NPN型三极管（如9013）作为开关放大器，保证继电器动作可靠。
2.7 按键与时钟模块
按键模块用于设置温湿度阈值、闹钟时间等参数。用户通过按键进入设置模式，系统通过LCD显示当前修改项。
时钟模块选用DS1302实时时钟芯片，提供精准的时间信息。配合掉电保持电池，确保在断电状态下仍能计时，为闹钟功能提供可靠的时间源。
3. 程序设计
系统软件采用C语言编写，使用Keil开发环境。程序结构分为主程序、光照检测模块、温湿度检测模块、烟雾检测模块、显示模块、按键模块、报警模块及时钟管理模块。
3.1 主程序设计
主程序完成系统初始化与主循环控制逻辑。流程如下：
系统初始化 → 数据采集 → 条件判断
↓ ↑
显示更新 ← 控制执行 ← 环境监测
主程序示例如下：
#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "dht11.h"
#include "adc0832.h"
#include "ds1302.h"
#include "relay.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"
unsigned int temp, hum, light, smoke;
void main() {
LCD_Init();
DHT11_Init();
ADC_Init();
DS1302_Init();
Relay_Init();
Beep_Init();
while (1) {
DHT11_Read(&temp, &hum);
light = ADC_Read(0);
smoke = ADC_Read(1);
LCD_ShowData(temp, hum, light, smoke);
Env_Control(temp, hum, light, smoke);
Alarm_Check(temp, smoke);
}
}
3.2 光照检测与窗帘控制模块
系统根据光敏电阻采集的光强数据判断是否开启照明或调整窗帘。
void Light_Control(unsigned int light_val) {
if (light_val < 300) {
Relay_Lamp(ON);
} else {
Relay_Lamp(OFF);
}
if (light_val > 700) {
Curtain_Open();
} else if (light_val < 400) {
Curtain_Close();
}
}
此模块通过分级阈值设计，避免窗帘频繁开合，提升系统稳定性。
3.3 温湿度监测模块
通过DHT11传感器获取实时温湿度值，并执行环境控制：
void Temp_Hum_Control(unsigned int temp, unsigned int hum) {
if (temp > 30) Beep_ON();
else Beep_OFF();
if (hum > 70) Relay_Fan(ON);
else Relay_Fan(OFF);
}
该模块有效保证宿舍温湿环境的舒适与安全。
3.4 烟雾检测与报警模块
void Smoke_Control(unsigned int smoke) {
if (smoke > 500) {
Relay_Fan(ON);
Beep_ON();
LCD_ShowAlert("SMOKE WARNING!");
} else {
Relay_Fan(OFF);
Beep_OFF();
}
}
该模块能在短时间内做出响应，减少火灾隐患。
3.5 显示模块程序
LCD模块负责显示环境参数及系统状态：
void LCD_ShowData(unsigned int temp, unsigned int hum, unsigned int light, unsigned int smoke) {
LCD_SetCursor(0, 0);
LCD_Printf("T:%2dC H:%2d%% ", temp, hum);
LCD_SetCursor(1, 0);
LCD_Printf("L:%3d S:%3d", light, smoke);
}
当温度或烟雾超限时，LCD通过闪烁提示。
3.6 按键与闹钟模块程序
用户通过按键设置闹钟时间与参数，定时检测时间并触发蜂鸣提醒：
void Alarm_CheckTime() {
Time now = DS1302_ReadTime();
if (now.hour == alarm.hour && now.min == alarm.min) {
Beep_ON();
}
}
通过RTC模块保证时间精度，同时支持掉电保持。
4. 系统总结
本设计实现了一套功能完善的智能宿舍环境控制系统。系统以单片机为核心，集成了光照控制、温湿度调节、烟雾报警及闹钟提醒等多种功能，能在不同环境条件下自动调节室内环境状态，显著提升宿舍的安全性、舒适性与节能水平。
从设计角度来看，本系统充分利用了传感器信息融合与自动控制技术，体现了单片机在智能家居与自动化控制中的广泛应用价值。系统模块化设计结构清晰，具有良好的可扩展性，未来可进一步加入WiFi通信模块，实现远程监控与数据上传，向智能物联网宿舍系统迈进。
