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如何設計壹個上課用的自動敲鐘器?

隨著科學技術的不斷發展,學校的辦公自動化已經越來越普及。學校陸續使用了敲鐘器,條件較好的學校也應用了校園自動廣播系統。這些設備的使用無疑提高了學校的辦公自動化水平,但就目前的使用狀況來看,仍然存在壹些問題。為了解決這些問題,我利用業余時間,利用自己的信息技術知識和電子技術,開發了壹款適用於學校響鈴、廣播、燈光的自動控制器,只需將自動控制器與學校原有的電腦、功放連接即可使用。經過實際使用,效果良好。現在寫自己的開發經驗。希望大家能指出這款控制器的不足之處,提出改進的意見和建議,讓這款設備更加完善。

壹、學校現狀:

1.壹般用壹個時間控制器來控制學校的打鈴,時間控制器按照上面設定的時間來驅動打鈴。現在有些學校用時間控制器驅動功放,功放發出的是音樂而不是鈴聲(也就是音樂鈴聲)。這兩種時間控制器都有價格高、時間設置繁瑣、功能單壹的缺點。

2.現在大部分學校播放的是廣播體操和眼保健操音樂,由專人演奏。當播放時間到來時,及時手動打開錄音機和放大器的電源,播放廣播體操或眼保健操音樂。這種方法有以下兩個缺點:(1)由於音樂的載體是磁帶,使用時間長了會有音樂噪音,磁帶容易損壞或扭曲,學校需要經常更換。(2)由於演奏音樂是手動控制的,增加了演奏者的勞動強度。偶爾人會不及時到位,播出時間會延遲。

3.學校的路燈和學生宿舍的照明控制基本都是手動控制,或者長明燈的現象(晚上通電,早上斷電),造成電能的浪費,增加了學校的電費開支。

針對以上三個問題,我盟提出了研制學校打鈴、廣播、燈光自動控制器的設想。經過幾個月的努力,它終於取得了初步成功。(見附圖)

2.系統的組成:

我的設計思路是:盡量利用學校現有的設備,用少量的投入解決以上學校常見的三個問題。基於這樣的設計思路,我充分利用學校普及的電腦和每個學校必備的功放作為主要部件,中間加上壹個控制器,完成學校的打鈴、廣播、燈光的自動控制。系統組成如下:(見下圖)1。硬件系統:壹臺PC機(上位機)通過RS232串行通信接口與壹臺以AT89C51單片機(下位機)為核心的控制器通信,將計算機發出的指令傳送給控制器,再由控制器控制功放和照明燈的供電。音頻信號(廣播體操和眼保健操的鈴聲和音樂)通過電腦的聲卡輸出,直接送到放大器的輸入接口,經放大器放大後驅動高音喇叭。

2.軟件系統:上位機軟件采用Visual Basic語言編程,主要完成窗口界面的組成、定時時間的輸入、時鐘的拾取、音樂播放驅動以及與下位機的通信。程序短小精悍,界面簡潔。平時不輸入定時信息時,可以縮小到電腦桌面的上方。程序以嵌入式方式存儲在電腦中,不影響電腦平時做其他工作。再加上自動開關機軟件,可以長期無人值守,自動運行。下位機軟件采用C51語言編寫,主要完成與上位機的通信和自動控制。Kile C編譯器生成下位機軟件後,通過編程器直接寫入單片機的ROM程序存儲器。

三、開發流程:

整個開發過程是基於先做硬件,再寫軟件的程序。在這個過程中,對局部設計錯誤有過反復修改,不斷改進。由於本人水平有限,參與開發的科技知識非常廣泛,整個開發過程異常艱難。有段時間想過放棄,但最終還是用毅力完成了。

1.控制器的硬件制作:控制器的硬件制作是本系統的重點和核心部分。首先選用控制能力強、控制功能可由軟件自由控制的單片機AT89C51作為主要部件,並擴展了RS232串行通信接口,用於與上位機通信。輸出控制通過單片機的I/O口驅動繼電器,控制功放和照明電源。為了降低成本,控制器只采用兩路輸出控制,分別用於控制功放電源和照明電源。如果需要更多的控制,可以擴展到30路控制。硬件電路設計完成後,進行了硬件制作。首先通過E_mail把PCB設計發給電路板廠商,委托廠商加工印刷電路板。然後購買元器件、儀器外殼、單片機開發設備,再進行元器件的焊接、組裝、調試。花了將近兩個月的時間,終於做出了硬件。

2.上下位機軟件開發:上位機軟件用Visual Basic語言編寫。程序設計思路是:不斷將輸入的計時值與計算機中的時鐘進行比較,當與計算機中的時鐘壹致時,通過串口向下位機發送指令。下位機接收相應的指令,分析指令內容,然後控制相應的I/O接口輸出控制信號。由於系統本身對實時性要求不高,為了提高系統的可靠性,通信的波特率選擇較低的。在通信協議中,添加了壹個校驗位。當出現傳輸錯誤時,需要上位機驗證檢測後重新發送指令代碼。下位機程序采用C51語言編寫。為了提高單片機的抗幹擾性能,在軟件中加入了“軟件陷阱”,可以使單片機在受到幹擾時自動復位,使整個系統更加可靠。

3.音樂播放格式的處理:

4.收獲:

在開發過程中,由於涉及的知識面很廣,經常要通過網絡和很多網友交流,收獲頗豐。在他們的幫助下,我彌補了很多不足,提升了自身修養,升華了人性。

四、系統優勢:

該系統集振鈴、廣播、燈光自動控制於壹體,功能多,成本低,投資少,操作界面好,設置時間簡單。該系統利用現代信息技術控制學校的打鈴時間和自動廣播時間,通過電子技術控制照明設備,在夜晚自動點亮寧靜校園的夜空。

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