基于嵌入式的学生宿舍设备智能管理系统的设计

张秋晶 邱金波（广东石油化工学院 广东 茂名 525000）

基于嵌入式的学生宿舍设备智能管理系统的设计

张秋晶 邱金波
（广东石油化工学院 广东 茂名 525000）

利用嵌入式系统技术构建的智能化、信息化的学生宿舍设备管理系统，能够提升学校对学生生活和学习的管理工作质量，提高工作效率。本文给出了学生宿舍设备管理系统的分析、设计与实现过程。提出了使用嵌入式系统作为学生宿舍管理核心的思路，研究设计了一套基于嵌入式的学生宿舍设备管理系统。

学生宿舍设备管理；嵌入式系统；ZigBee

1.引言

目前，随着初高中、高校的住校学生人数的不断增加，给各个学校带来了极大的管理压力。学生宿舍设备采用集中管理的一个显著的优点，就是可以快速的获得相关宿舍综合数据的统计分析要求，从而能够在第一时间内掌握宿舍设备的动态信息。通过这种“集中式”管理的模式能够显著提高学生宿舍设备的综合管理水平，同时也能够为宿舍的管理部门已经管理者创造一个快速、安全、准确、可靠的应用监管平台[1]。因此，本文提出一套基于嵌入式系统的学生宿舍设备智能控制系统。

2.系统总体框架

本系统主要由宿舍管理核心模块、Zigbee通信模块、安防模块、灯光模块、语音模块、设备控制模块以及上位机服务平台组成。系统框架如图1所示。由安防等采集信息的功能模块采学生宿舍中的各种信息比如：灯光、烟火、红外防盗等。通过无线Zigbee通信模块传输至宿舍管理核心模块，经过处理后再上传至上位机服务平台，由平台统一保存和发送相关控制命令控制相应的设备。

图1 系统框图

3.系统硬件电路设计

3.1 宿舍管理核心模块

系统处理器采用的是基于cortex－M3内核的STM32F103VET6[3]。这款芯片属于STM32系列增强型微处理器，工作频率可达到72MHz，保证了核心模块对整个学生宿舍环境检测产生的大量数据的处理速度，同时支持RISC指令集，即可以移植嵌入式实时操作系统，大大拓宽了对整个系统软件设计要求。

3.2 Zigbee通信模块

CC2530是TI公司为Zigbee无线数据传输设计的一款专用芯片，而且它能够以非常低的总体成本建立强大的网络节点，适合学生宿舍这种人员密集型、数量需求大的场合。CC2530芯片工作时具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统[2]。通信模块结构图如图2 所示。模块采用直流5V供电，经电源芯片LM3117转换成3.3V 为CC2530芯片和看门狗电路供电，接收指令或数据后通过串口发送至单片机。

图2 zigbee通信模块结构

3.3 设备控制模块

模块负责控制学生宿舍中一些典型的电气设备，比如空调、风扇、电动窗帘、电动晾衣杆等。模块通过Zigbee通信模块接收来自管理核心模块的控制指令，分别以红外通信的模式控制空调、以电动机械的模式控制风扇、电动窗帘等。在智能控制上可以实现当室内温度超过设定温度时，在休息时间自动开启空调制冷；当室内湿度超过设定湿度时开启空调抽湿功能；当遇上雷雨天气而学生无法赶回宿舍的情况下，控制电动晾衣杆缩回室内避免淋湿等。

3.4 灯光模块

灯光模块包含了对宿舍日光灯照明、书桌台灯照明、洗浴厕所白炽灯照明、夜间LED照明以及紧急用电照明的控制，实现了对学术宿舍区域所有灯光的实时控制。有效的实现了对学生固定作息时间安排的控制，比如晚上固定时间熄灯休息，早上固定时间开灯起床，夜间上厕所自动开熄灯等。

3.5 安防模块

安防模块包括人体热释电传感器模块、红外幕帘传感器模块、火灾一氧化碳监测模块。其中，人体红外热释电传感器用以检测人体发射的红外线，以识别是否有人在传感器的监测区域内活动。红外幕帘传感器是安装在宿舍的门窗旁边用以监测是否有人从门窗侵入。红外幕帘传感器也是监测人体发射的红外线来触发报警的，探测区域就如同一个窗帘一样把整个门窗范围都罩住，一旦有人从门窗侵入就触发传感器节点产生报警并通知管理员，保障学生的生命财产安全。火灾传感器模块用以监测宿舍内火灾即将发生时环境的变化，比如说一氧化烟雾、火焰光、温度等等，当检测到宿舍内的这些敏感量超过正常的标准时就预示着有火灾发生，立即触发传感器节点产生火灾报警和紧急处理工作，以保障宿舍内人员和财物的安全。

3.6 语音模块

语音模块主要定点播报音乐、新闻、语音提醒，可以实现对学生的定点通知、新闻播报、音乐播报、实时提醒等功能。为学生的学习和生活带来极大的便利，也为学校减轻相关的管理工作量。模块采用芬兰VLSI公司生产的芯片VS1003，这是一款M P3/WM A音频解码芯片[4]。模块采用SD卡作为存储器存储日常使用的音乐、新闻等音频文件，当播放命令达到时播放相应的音频文件。当需要播放临时通知或新闻时，模块将通过Zigbee通信模块接收相应的音频文件并存储，然后给其编号，再将标号发送给服务平台以达到控制的效果。

4.系统服务平台软件设计

服务平台采用Qt平台编写，可以实现多平台运行(Windows、Linux)，适用面广[5]。服务平台启动后首先初始化串口设置，接收来自核心管理模块处理后传输的采集数据，并保持到后台数据库中，供管理人员需要时查看。运行本服务平台应用软件时，当有数据发送至PC机串口，触发串口接收信号槽，就会执行串口读取数据的操作。接收完数据后校验数据的完整性以及正确性，并进行智能算法处理后，得到相应的控制指令，并将指令发送给核心处理模块，由它实现对学生宿舍设备的统一管理控制。其软件工作流程如图3所示。

图3 服务平台软件工作流程图

5.结语

经过实验验证该项目切实可行，解决了以下问题：（1）人工管理工作量大，效率低，智能化系统可有效解决人工方面的缺点。（2）智能系统自动采集学生宿舍环境信息并进行智能化判断及处理。（3）无线传感在应用上存在来自成本方面的阻力, 方案将采用最经济的解决方案。（4）使用者在管理界面可实现对学生宿舍的实时监控及对智能设备的操作。（5）嵌入式系统为复杂的管理环境提供了强大的技术平台支持，构建了整个学生宿舍设备控制系统，适合各个不同层次的学校。

[1]许超.学生宿舍管理系统的设计与实现信息与电脑(理论版) [J].科技风，2012,08(07) :237-239.

[2]罗刚,蒋学彬,涂熹薇等.油气田有毒气体泄漏预警与监测系统研究[J]．钻采工艺，2013(11)：116-118.

[3]钟科.基于STM32的温度测量系统[J].微处理机，2015(2)：64-66.

[4]洪家平.基于VS1003的解码器的MP3播放器的设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2010(11):54-56.

[5]张锋，李凯亮，曾俊林.嵌入式系统的太阳能双电源系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2014(12):35-37.

TP1

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1009-5624（2016）06-0068-03