基于STM32单片机智能教室管理系统设计与实现

目录

引言

 系统方案

 系统架构图

 系统功能描述

 自习模式

 上课模式

 硬件架构

 传感器介绍

 软件架构

 关键代码展示

 总结

资料获取


引言

随着科技的进步和智能硬件的发展,越来越多的教室开始应用智能化设备来提高学习效率和优化环境管理。智能教室系统可以自动控制温湿度、光照强度、人员数量等,从而为学生和教师提供一个更加舒适和高效的教学环境。本文将介绍一个基于STM32单片机的智能教室管理系统设计,系统功能包括自习模式和上课模式两种工作状态,具备温湿度控制、窗帘控制、人员计数、远程监控等多项功能。

 系统方案

该智能教室管理系统的核心控制部分采用STM32F103单片机,配合多种传感器模块来完成具体的功能。系统分为两种工作模式:自习模式和上课模式。在自习模式下,系统通过环境传感器(如光敏电阻、温湿度传感器)自动调整教室内的温湿度和光照条件;而在上课模式下,通过Wi-Fi连接到机智云平台进行远程数据监控和控制,用户可以在手机上查看实时数据并控制设备。

 系统架构图

 系统功能描述

 自习模式

1. 窗帘控制:

   - 系统通过光敏电阻传感器实时监测教室内的光照强度。当光照强度低于设定阈值时,自动驱动步进电机拉动窗帘;而当光照强度过强时,自动关闭窗帘。

   - 该过程通过步进电机来模拟窗帘的开合动作。

2. 温湿度控制:

   - 系统通过温湿度传感器检测教室内的温湿度状况。当温度超过设定值时,自动启动风扇进行降温;否则,关闭风扇。

3. 人员计数:

   - 通

### 系统总体架构 基于STM32智能教室系统总体功能框架设计方案主要分为数据采集层、数据处理层、控制执行层和交互展示层四个部分。 #### 数据采集层 数据采集层负责收集教室的各种环境信息和人员信息。环境监测方面,使用温湿度传感器(如DHT11)收集教室的温湿度数据;光照传感器(如BH1750)获取教室光照强度;空气质量传感器(如MQ - 135)检测教室内的空气质量,如二氧化碳、甲醛等气体浓度。人员监测方面,人体感应模块(如HC - SR501)用于检测教室内是否有人,还可结合摄像头和人脸识别技术实现考勤管理[^1]。 示例代码(以DHT11温湿度传感器读取为例): ```c #include "dht11.h" // 读取DHT11数据 u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi) { u8 buf[5]; u8 i; DHT11_Rst(); if(DHT11_Check()==0) { for(i=0;i<5;i++) { buf[i]=DHT11_Read_Byte(); } if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4]) { *humi=buf[0]; *temp=buf[2]; } }else return 1; return 0; } ``` #### 数据处理层 数据处理层以STM32单片机为核心,接收来自各个传感器的数据,进行数据处理、分析和判断。例如,根据温湿度数据判断是否需要开启空调,根据光照强度和人员情况决定是否开启灯光等。还可以运用一些智能算法,如模糊控制算法来优化控制策略,提高系统的智能化程度[^1]。 示例代码(简单的温湿度判断): ```c #include "dht11.h" u8 temperature, humidity; void process_environment_data() { if (DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity) == 0) { if (temperature > 28) { // 开启空调 turn_on_air_conditioner(); } else { // 关闭空调 turn_off_air_conditioner(); } } } ``` #### 控制执行层 控制执行层根据数据处理层的判断结果,对教室的各种设备进行控制。照明控制方面,根据光照强度和人员情况,控制教室灯光的开关和亮度调节;空调控制方面,依据温湿度数据,实现空调的开关、温度调节和模式切换;窗帘控制方面,根据光照强度和时间,自动控制窗帘的开合[^1]。 示例代码(灯光控制): ```c #include "led.h" void control_light(u8 light_intensity, u8 human_detected) { if (human_detected && light_intensity < 50) { // 开启灯光 turn_on_light(); } else { // 关闭灯光 turn_off_light(); } } ``` #### 交互展示层 交互展示层提供本地显示和远程交互功能。本地显示通过OLED或LCD显示屏,实时显示教室的环境参数、设备状态等信息。远程交互借助Wi-Fi、蓝牙等通信模块,手机APP或上位机进行通信,实现远程监控和控制[^1]。 示例代码(通过串口发送数据到上位机): ```c #include "usart.h" void send_data_to_pc(u8 temperature, u8 humidity, u8 light_intensity) { char buffer[50]; sprintf(buffer, "Temp: %d, Hum: %d, Light: %d\r\n", temperature, humidity, light_intensity); USART_SendString(USART1, buffer); } ```
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