摘要傳統(tǒng)多媒體教室電鈴系統(tǒng)有精準(zhǔn)度不足、功能單一以及管理效率低下等狀況，本研究設(shè)計(jì)并達(dá)成了一套基于AT89C51單片機(jī)的智能化鈴聲與時(shí)間管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心，整合DS1302時(shí)鐘模塊來(lái)達(dá)成時(shí)間基準(zhǔn)，借助ESP8266WiFi模塊支持遠(yuǎn)程交互，聯(lián)合LCD1602顯示屏與按鍵模塊，還運(yùn)用蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)鈴聲播放。在功能設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)達(dá)成了多模式時(shí)間顯示、自定義鬧鐘設(shè)置以及秒表計(jì)時(shí)等功能，對(duì)比PLC和邏輯電路方案之后，本設(shè)計(jì)在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的情況下，有效降低了硬件成本并提高了擴(kuò)展性，Protues仿真測(cè)試顯示，系統(tǒng)時(shí)間顯示等功能被成功達(dá)成，可執(zhí)行預(yù)設(shè)鈴聲控制策略。研究創(chuàng)新點(diǎn)在于構(gòu)建了低成本、容易部署的智慧教室時(shí)間管理范式，為教育機(jī)構(gòu)提供了可復(fù)制的智能化改造方案，不過(guò)后續(xù)需要加強(qiáng)跨平臺(tái)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與邊緣計(jì)算能力優(yōu)化。關(guān)鍵詞：多媒體教室；鈴聲控制；時(shí)間管理；單片機(jī)；DS1302

TOC\o"1-3"\h\u1引言 主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)依據(jù)系統(tǒng)功能來(lái)開(kāi)展，其流程圖展示在圖4-1之中，整個(gè)程序起始于系統(tǒng)初始化階段，此階段為后續(xù)的運(yùn)行構(gòu)建基礎(chǔ)條件，之后進(jìn)入主循環(huán)環(huán)節(jié)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中持續(xù)讀取DS1302時(shí)間數(shù)據(jù)，以此保障系統(tǒng)對(duì)時(shí)間可精準(zhǔn)把握，對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，借助這種方式及時(shí)捕捉用戶操作意圖。一旦檢測(cè)到按鍵輸入，程序便會(huì)對(duì)當(dāng)前模式做出判斷，要是處于模式1，也就是時(shí)間顯示模式，系統(tǒng)就會(huì)顯示當(dāng)下的時(shí)間，并且刷新屏幕，在這個(gè)模式當(dāng)中，還會(huì)去判斷是不是需要報(bào)警，要是符合報(bào)警條件，像是到達(dá)了預(yù)設(shè)的鬧鐘時(shí)間，系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)啟蜂鳴器來(lái)進(jìn)行提醒，相反的話就關(guān)閉蜂鳴器。接著退出顯示模式，要是系統(tǒng)還需要繼續(xù)運(yùn)行那就返回主循環(huán)，不然的話就結(jié)束程序。倘若當(dāng)前處于模式2，也就是鬧鐘模式，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入鬧鐘設(shè)置界面，用戶可借助按鍵來(lái)對(duì)鬧鐘參數(shù)給予設(shè)置，像鬧鐘時(shí)間這類參數(shù)，當(dāng)設(shè)置操作完成之后，便會(huì)退出鬧鐘模式，依據(jù)是否繼續(xù)運(yùn)行的情況來(lái)決定是返回主循環(huán)還是結(jié)束程序。當(dāng)系統(tǒng)處于模式3也就是秒表模式的情況下，系統(tǒng)會(huì)對(duì)秒表相關(guān)按鍵的輸入做出響應(yīng)，以此達(dá)成秒表啟動(dòng)、暫停以及清零等功能的實(shí)現(xiàn)，在完成秒表操作之后，便會(huì)退出秒表模式，此時(shí)同樣依據(jù)是否繼續(xù)運(yùn)行來(lái)決定是返回主循環(huán)還是終止程序。在整個(gè)主程序的設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中，各個(gè)環(huán)節(jié)之間呈現(xiàn)出緊密相連且相互依存的狀態(tài)，經(jīng)由模式判斷以及相應(yīng)功能的執(zhí)行，達(dá)成了系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間顯示、鬧鐘提醒以及秒表計(jì)時(shí)等多種功能的全面綜合管控，契合了用戶于不同場(chǎng)景之下的使用需求，保障了系統(tǒng)可以穩(wěn)定且高效地運(yùn)行。LCD1602驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，LCD1602液晶顯示模塊承擔(dān)著信息顯示接口的重要職責(zé)，其數(shù)據(jù)寫(xiě)入流程中包含對(duì)顯示內(nèi)存地址的精準(zhǔn)操控。在將顯示模塊初始化完成之后，程序會(huì)依照預(yù)先設(shè)定的邏輯來(lái)判定數(shù)據(jù)輸出的目標(biāo)行。假設(shè)數(shù)據(jù)計(jì)劃寫(xiě)入第一顯示行，那么程序就會(huì)把數(shù)據(jù)指針初始化到DDRAM（DisplayDataRAM）的起始地址0x00位置，該地址與LCD1602第一行顯示起始坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。相反地，如果數(shù)據(jù)目標(biāo)是第二顯示行，數(shù)據(jù)指針則會(huì)被重新定位至DDRAM的0x40地址，此地址代表第二行顯示區(qū)域的起始點(diǎn)。

圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s11主函數(shù)流程圖在進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作的時(shí)候，程序會(huì)采用逐字節(jié)傳輸?shù)姆绞?，將需要顯示的內(nèi)容逐個(gè)輸入到DDRAM中，當(dāng)寫(xiě)入流程完成后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入信號(hào)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，以此來(lái)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自控制單元的結(jié)束信號(hào)，要是沒(méi)有收到終止指令，也就是EoS（EndofSignal）信號(hào)沒(méi)有被觸發(fā)，程序會(huì)自動(dòng)增加當(dāng)前DDRAM地址指針，為后續(xù)連續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)字節(jié)做好準(zhǔn)備。這個(gè)過(guò)程包括地址遞增以及指針更新等一系列操作，保證了數(shù)據(jù)在LCD1602上的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。一旦EoS信號(hào)被確認(rèn)，程序會(huì)馬上中斷當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸序列，有效避免了DDRAM溢出以及顯示內(nèi)容混亂的狀況，這種設(shè)計(jì)策略，優(yōu)化了顯示模塊的資源利用率，也在較大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。此部分的程序流程圖如圖4-2所示。秒表功能運(yùn)行流程本設(shè)計(jì)達(dá)成了一項(xiàng)基礎(chǔ)的秒表功能，該功能主要是為用戶給予一種簡(jiǎn)潔且實(shí)用的計(jì)時(shí)能力，此設(shè)計(jì)中的秒表功能較為精簡(jiǎn)，有啟動(dòng)、暫停以及清零等操作，契合用戶的基本計(jì)時(shí)需要，在使用流程方面，用戶界面的交互設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單清晰，保障了操作有便捷性與直觀性。首先，用戶需要通過(guò)按下“模式”按鍵來(lái)轉(zhuǎn)向秒表功能，當(dāng)按下該按鍵后，系統(tǒng)界面會(huì)切換至秒表模式，以此為計(jì)時(shí)操作做好相應(yīng)準(zhǔn)備，在這個(gè)模式當(dāng)中，按鍵“+”有啟動(dòng)計(jì)時(shí)的功能，一旦用戶按下此鍵，秒表便會(huì)立刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，秒表的精確度可達(dá)到0.01秒級(jí)別，保障計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。若用戶有暫停計(jì)時(shí)的需求，可憑借按下“-”鍵來(lái)達(dá)成，此操作會(huì)使秒表即刻停止計(jì)時(shí)，且當(dāng)前計(jì)時(shí)的數(shù)值會(huì)保留在屏幕上，方便用戶讀取，為契合用戶重新開(kāi)始計(jì)時(shí)的要求，特意設(shè)計(jì)了清零功能，憑借按下“選擇”鍵的操作，秒表計(jì)時(shí)會(huì)被重置，為下一次計(jì)時(shí)操作做好準(zhǔn)備。當(dāng)秒表處于激活狀態(tài)時(shí)，用戶再次按下按鍵“模式”，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入常規(guī)運(yùn)行模式，這樣的設(shè)計(jì)是考慮到用戶或許需要在秒表功能以及其他日歷功能之間進(jìn)行快速切換的使用場(chǎng)景。此部分程序的運(yùn)行流程圖如圖4-3所示。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s12LCD顯示子程序運(yùn)行流程圖圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s13秒表子程序運(yùn)行流程圖響鈴功能運(yùn)行流程系統(tǒng)的響鈴功能運(yùn)行流程如圖4-4所示。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行響鈴功能時(shí)，首先獲取DS18B20時(shí)間，為后續(xù)的時(shí)間判斷提供基礎(chǔ)。隨后對(duì)鬧鐘1是否處于打開(kāi)狀態(tài)加以判斷，要是鬧鐘1處于打開(kāi)狀態(tài)，那么便獲取鬧鐘1的設(shè)定值，并且判定當(dāng)前時(shí)間是不是大于該設(shè)定值，倘若當(dāng)前時(shí)間大于設(shè)定值，那么就啟動(dòng)蜂鳴器使其進(jìn)行響鈴提醒，之后退出函數(shù)，要是當(dāng)前時(shí)間小于設(shè)定值減去1分鐘，那么就關(guān)閉蜂鳴器，隨后退出函數(shù)。倘若當(dāng)前時(shí)刻不超過(guò)設(shè)定的時(shí)間數(shù)值，或者當(dāng)前時(shí)刻不低于設(shè)定值減去一分鐘的時(shí)長(zhǎng)，那么便直接將蜂鳴器關(guān)閉，隨后退出該函數(shù)，要是鬧鐘1尚未開(kāi)啟，那就對(duì)鬧鐘2是否開(kāi)啟進(jìn)行判斷，要是鬧鐘2處于開(kāi)啟狀態(tài)，那就開(kāi)展與鬧鐘1相類似的判斷步驟，也就是判定當(dāng)前時(shí)間是不是大于鬧鐘2的設(shè)定值，以及是否小于設(shè)定值減去一分鐘的時(shí)長(zhǎng)，并且依據(jù)判斷的結(jié)果來(lái)啟動(dòng)或者關(guān)閉蜂鳴器，最終退出函數(shù)。在整個(gè)響鈴功能運(yùn)行期間，系統(tǒng)會(huì)去比較當(dāng)前時(shí)間和鬧鐘設(shè)定值，并且判斷鬧鐘開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的響鈴控制，這樣能保證在設(shè)定的鬧鐘時(shí)間到達(dá)的時(shí)候，及時(shí)提醒用戶，而且還可以防止在非設(shè)定時(shí)間出現(xiàn)誤響鈴的情況，有效地契合了用戶對(duì)于鈴聲提醒的需求，讓系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性都得到了提升。

圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s14響鈴功能流程圖

仿真測(cè)試搭建仿真在完成了軟硬件的設(shè)計(jì)之后，就可以在仿真軟件中進(jìn)行功能驗(yàn)證了。本次采用Protues軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。Protues是一款電子電路仿真軟件，其最大的特點(diǎn)是可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行仿真，并且可以模擬執(zhí)行單片機(jī)的代碼。依據(jù)前文所設(shè)計(jì)的電路原理圖，在Protues中繪制，可得到如下所示的界面。圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*ARABIC\s11仿真原理圖需要注意的是，由于在Protues中，不需要考慮供電和程序下載，所以這些電路并沒(méi)有被繪制出來(lái)。時(shí)間顯示功能將程序載入到單片機(jī)芯片中，然后啟動(dòng)仿真，即可看到如下所示的界面?？梢钥吹絾纹瑱C(jī)已經(jīng)成功的開(kāi)始工作了，尤其可以注意到右上角的LCD屏幕上，第一行顯示“2025-05-010”，這表示當(dāng)前的日期為2025年5月1日星期日。這里的需要解釋，由于Protues軟件中，DS1302器件的數(shù)據(jù)是從Windows系統(tǒng)中讀取的，所以日期會(huì)和電腦時(shí)間保持一致，但是由于仿真軟件的限制，并不能很好的讀出星期數(shù)據(jù)，所以顯示了錯(cuò)誤的“0”，而不是正確的“4”，如果使用實(shí)物實(shí)現(xiàn)，那么將不會(huì)有這樣的問(wèn)題。然后是屏幕的第二行，顯示“18：47：29”，這表示當(dāng)前的時(shí)間為18點(diǎn)477分29秒。圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*ARABIC\s12時(shí)間顯示功能至此，完成了對(duì)時(shí)間顯示功能的實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具備顯示出正確的時(shí)間的功能。鬧鐘功能接下來(lái)對(duì)于系統(tǒng)的鬧鐘功能進(jìn)行測(cè)試。按一下“模式”按鍵，即可進(jìn)入到鬧鐘設(shè)置界面，如下圖所示。圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*ARABIC\s13設(shè)置鬧鈴屏幕的第一行顯示“18：54：01<1>0”，這表示，當(dāng)前的鬧鐘為，18點(diǎn)54分01秒，并且是開(kāi)啟狀態(tài)（“1”），此外，最后的0表示已經(jīng)響過(guò)的鬧鐘次數(shù)。屏幕的第二行顯示“0：00：00<0>”，這表示第二個(gè)鬧鐘為0點(diǎn)00分00秒，并且是關(guān)閉狀態(tài)（“0”）。這里需要注意的是，左側(cè)的“0”其實(shí)應(yīng)當(dāng)是“00”，因?yàn)楫?dāng)前選中的參數(shù)是這一個(gè)參數(shù)，所以處于閃爍狀態(tài)，所以恰好在閃爍時(shí)截圖，因此得到這樣的顯示效果。有必要說(shuō)明的是，在鬧鐘設(shè)置界面，通過(guò)按下“選擇”按鍵，可以切換被選擇的參數(shù)，當(dāng)相應(yīng)位置的數(shù)字處于閃爍狀態(tài)時(shí)，表明被選中了。被選中的參數(shù)可以通過(guò)按鍵“+”和按鍵“-”進(jìn)行調(diào)整。在設(shè)置完了鬧鐘之后，繼續(xù)按下兩次“模式”按鍵，回到主頁(yè)面，等待到達(dá)鬧鐘時(shí)間。可以得到如下圖所示的界面。圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*ARABIC\s14鬧鈴響起此時(shí)的時(shí)間為“18：54：06”，已經(jīng)到達(dá)所設(shè)置的鬧鐘響鈴時(shí)間了。此時(shí)仿真軟件中可以聽(tīng)到蜂鳴器的聲音。并且可以觀察圖片，看到三極管的基極從紅色變?yōu)榱怂{(lán)色，也就是從高電平變?yōu)榱说碗娖?。由于這是一個(gè)PNP型的三極管，所以此時(shí)三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器有電流經(jīng)過(guò)，因此也可以判斷出蜂鳴器此時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)。至此，成功證明了本次的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了鬧鐘功能。一方面，用戶既可以通過(guò)屏幕和按鍵對(duì)鬧鐘進(jìn)行設(shè)置，另一方面，本系統(tǒng)也能夠在相應(yīng)的時(shí)間下驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，提醒用戶到達(dá)鬧鐘所設(shè)的時(shí)間。秒表功能在鬧鐘界面下，按一次“模式”按鍵即可進(jìn)入到秒表功能中?？梢钥吹饺缦滤镜慕缑?。圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*ARABIC\s15秒表模式可以看到屏幕上只有第二行顯示“00：00：00：00”，這表示當(dāng)前的秒表被清零了，處于隨時(shí)可以啟動(dòng)的狀態(tài)。在此界面下，首先對(duì)于各個(gè)按鍵的功能進(jìn)行說(shuō)明。在秒表功能下，按鍵“選擇”是清零功能。按鍵“+”是啟動(dòng)或者繼續(xù)功能，按鍵“-”是暫停功能?，F(xiàn)在按下按鍵“+”，并等待一段時(shí)間，再次按下按鍵“-”，可以得到如下所示界面?？梢钥吹狡聊簧巷@示“00：00：03：81”，這表示當(dāng)前的秒表計(jì)時(shí)為3秒81。至此，完成了對(duì)于秒表功能的測(cè)試。綜上可以得出結(jié)論，本次設(shè)計(jì)的鈴聲與時(shí)間管理控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都被實(shí)現(xiàn)。圖STYLEREF1\s5-SEQ圖\*ARABIC\s16秒表功能測(cè)試

結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要圍繞桂林信息科技學(xué)院多媒體教室鈴聲與時(shí)間管理控制系統(tǒng)展開(kāi)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作，借助自動(dòng)化以及智能化的技術(shù)方法，來(lái)應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)電鈴系統(tǒng)存在的如可靠性、靈活性以及適應(yīng)性等欠缺之處。在硬件設(shè)計(jì)層面，選用了可適配多媒體教室環(huán)境的傳感器，集成了用于控制打鈴、照明等執(zhí)行設(shè)備的電路，并且設(shè)計(jì)了通信模塊，以此達(dá)成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸以及設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能，于軟件設(shè)計(jì)方面，成功編寫(xiě)出了數(shù)據(jù)采集程序，另外還開(kāi)發(fā)出了用戶界面，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查看以及設(shè)備控制功能。在方案對(duì)比與選擇的這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，針對(duì)基于PLC、AT89C51單片機(jī)以及邏輯電路的三種不一樣的實(shí)現(xiàn)方案展開(kāi)了詳細(xì)的分析和對(duì)比工作，全面考量了各方案的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以及適用的情形，最終選定了基于AT89C51單片機(jī)的方案當(dāng)作本次設(shè)計(jì)的實(shí)施辦法，這個(gè)方案功能契合程度較高，擁有較好的靈活性與擴(kuò)展性，開(kāi)發(fā)成本較低，可適應(yīng)小型教學(xué)環(huán)境，其低功耗的特性適宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。經(jīng)過(guò)此次設(shè)計(jì)工作，成功完成了一套多媒體教室鈴聲與時(shí)間管理控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有完善功能以及可靠性能，此系統(tǒng)可以精確控制鈴聲播放的時(shí)機(jī)和模式，可契合不同教學(xué)場(chǎng)景中呈現(xiàn)出的個(gè)性化需求，切實(shí)提高了多媒體教室的管理效率以及智能化水平，在未來(lái)，隨著教育信息化持續(xù)深入發(fā)展，該系統(tǒng)有希望在更為廣泛的教育機(jī)構(gòu)里得到推廣應(yīng)用，為我國(guó)教育現(xiàn)代化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。然而，本次設(shè)計(jì)還是存在一些欠缺之處，比如說(shuō)，系統(tǒng)于跨平臺(tái)以及多系統(tǒng)協(xié)同管理方面依舊有提升的余地，尚未構(gòu)建起統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同模塊之間的數(shù)據(jù)交互以及共享并非十分順暢，而且系統(tǒng)的智能化程度有待提升，可契合復(fù)雜多變的教學(xué)環(huán)境以及用戶需求，在未來(lái)的研究里，會(huì)持續(xù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，強(qiáng)化系統(tǒng)集成以及協(xié)同管理能力，并且探索怎樣降低成本與復(fù)雜度，達(dá)成更為廣泛的應(yīng)用。也會(huì)關(guān)注數(shù)據(jù)安全以及隱私保護(hù)問(wèn)題，保障系統(tǒng)的安全性以及用戶的隱私權(quán)益，憑借持續(xù)的努力與創(chuàng)新，推動(dòng)智慧教室技術(shù)朝著更高效、智能、安全的方向發(fā)展，為教育信息化技術(shù)的全面進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力量。

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附錄B器件布局圖附錄C布線圖（敷銅前、后）

附錄DPCB渲染圖（正、反面）

附錄E實(shí)物渲染圖

附錄F仿真圖

附錄G主程序源代碼#include<REGX52.H>#include"LCD1602.h"#include"mode.h"#include"DS1302.h"#include"Timer.h"#include"Delay.h"#include"key.h"charMODE,KeyNum,Time