自习室智能管理系统的开发

韩涛 郭欣平 刘天宇

摘 要：本项目的研究背景是根据学校自习室的使用情况，很多高校自习室资源分配不合理，一个自习室没有几个同学，从而造成了大量的资源浪费，将为学校增加了很多负担。智能占座系统相对于人员集中，范围较小的图书馆，而智能自习室系统更适应人员分散，范围较大的自习室。自习室的人数，位置不明确，造成了同学们的时间浪费，还可能打扰正在班里上课的同学。本项目的目的是为了节约资源，有效的利用资源，让同学们更方便的使用自习室。使用智能自习室系统的同时，使得自习室更有效的利用，达到资源节约的效果。对于国家而言，建设资源节约型的信息化社会。让资源有效利用，减少人力物力。社会的发展，信息化普遍中国，便利的生活渐入人心。智能自习室系统都可以体现。

关键词：自习室;节能智能;资源节约

引 言

随着能源的日益紧张，节约工作已在全国各地蓬勃发展起来。相对于商业楼宇，校园里的照明灯较多，教室里的教学设备也比较昂贵，在高校中，学生经常需要在课余的时间实用自习室，虽然有些学校会在教学楼大厅显示空闲的教室，但那些教师有空余的位置就需要同学们一个一个班级去找，及其不方便。而学校为了满足学生的学习需要会开放大量的自习室供学生使用，因此存在着不管有没有人灯都亮着，设备丢失等问题。一个教室的浪费看似很少，但如果全国的自习室加起来，就不敢想象了，浪费及其惊人。针对以上情况，本文基于实现智能自习室的节能，既充分利用了教学资源，降低学校运行费用，又能环保，提高学校的科学管理水准，为学生创造了舒适的学习环境。

1 绪论

1.1 现状

随着时代的进步，每个教室都有了WiFi，有很多同学拿着学习的幌子去那里玩游戏，导致了位置不够坐。有的同学，占着位置不来学习，位置白白浪费。在没有人的教室里，灯还是亮着的。

1.2 存在的问题及对策

自习室存在结构性紧张，大自习室人满为患。占座现象严重，自习室资源大量浪费。自习室存在一些不文明现象，影响他人学习。“丢书”现象时有发生，安全防范不规范。

采用摄像头实时计算人数，成本适中，准确度相对来说较高。除此之外，在教室内部安装麦克风，检测出教室的安静程度。同时，采用WiFi或4g（在条件允许的情况下）等通信模块进行无线传输数据，将实时获得的数据发送给云端。采用LCD液晶模块，显示出教室的具体人数。同学们可以登录手机APP或微信公众号来获取自习室的实时信息。继电器的使用，将在教室无人的情况下关闭电灯、风扇、空调等用电设备。从而达到实现节约资源的目的。

2 系统整理方案设计

2.1 设计出实际可用的智能自习室系统遵循以下几条原则：

（1）较高的人数计算精确度

（2）较强的抗干扰能力

（3）较好的信息传输安全性。

（4）较高的稳定性。

（5）相对低的能量消耗。

2.2 系统结构

系统主要包括主控器、计数摄像头、测噪麦克风、WiFi传输模块、副控制器、数据存储器、液晶显示屏等。

2.2.1 人数统计系统

当有人经过时，摄像头记录下数据，并传输给主控制器，经算法处理后，测得出入人数。

2.2.2 测噪系统

用三极管将麦克风电流信号放大，将其连接至主控制器，对该电流信号进行 模数转换，得出噪声大小。

2.2.3数据传输系统

用无线传输模块将测得数据上传至服务器，并发送给位于教室门口的显示系统。多个教室的数据分别上传至服务器，构成数据库，以便进行总体资源调配

2.2.4显示系统

教室门口的副控制器接收到主控制器发送的数据后，控制液晶模块显示相应数据，以便用户查看教室使用情况。

2.2.5智能分配系统

建立教室使用情况数据库，用户在客户端即可查询各个教学楼、各楼层教室使用情况。

2.2.6储存系统

储存摄像头原始数据，以便调用，考试时使用，可有效预防作弊。

2.3 模块设计方案

2.3.1人数统计

对于摄像头的通道行人计数，目前有很多解决方案，传统的方法包括：视频捕获、目标提取、目标识别、目标跟踪、轨迹分析等。

经过综合对比，最终我们选用轨迹分析法，运用该方法的智能摄像头精准度更高。该方法原理是根据目标的运动轨迹计算目标运动方向和位移，判断目标是进入还是离开指定区域，从而对目标进行数目统计。

2.3.2 噪声测量

在教室内安装小型麦克风，根据麦克风的工作原理，与单片机配合，自制一个声级计。

声级计工作原理

（1）由传声器（麦克风）将声音转换成电信号，

（2）再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。

（3）将放大后的信号与单片机I/O相连，用单片机将放大后的电压进行数模转换，从而计算出噪声等级。

2.3.3 数据传输

本项目将采用ESP8266WiFi模块，该模块操作简单，只需要在代码里简单的配置好通信参数，就能实现通信了。鉴于学校里普遍使用WiFi，所以优先使用WiFi模块，在后续条件允许的情况下会考虑加入4g模块。

这里我们主要用到 “建立TCP连接或注UDP端口号”和”发送数据”两条指令

在 AT 模式下可以通过串口的 AT 指令对系统参数做配置。指令格式仅为：AT+=＼r＼n

常用的指令为：AT+CIPSTART＼r＼n 或 AT+CIPSEND＼r＼n

2.3.4 LCD显示

副控制器的WiFi模块接收到数据后，副控制器将收到数据处理后发送给LCD12864进行显示，包括人数、噪声程度等。为方便接线，这里选用串行接法：

2.3.5 储存系统

首先，选用SD卡进行数据备份储存，将原始数据储存到SD卡中。通过移植FATFS文件系统，当SD卡没有剩余空间可以继续写入时，使用flseek函数，对之前存储的数据进行循环覆盖，即按照时间顺序，将新数据写入，将最早写入的数据进行覆盖，循环如此。需要查看卡内数据时，则将原始数据进行取出，进行处理，得到视频文件以及教室使用日志。

其次，也可将教室课程安排文件提前录入SD卡，经主控制器处理后，可方便用户了解教室内是否正在上课。

3 结论

本项目的研究背景是根据各个高校的自习室使用情况，全国各大高校都有着自习室资源分配不合理的现象，自习室的一部分人占用整个教室，从而造成了大量的资源浪费，不仅影响别人的学习，还为学校增加不必要的经济负担。

智能自习室系统不仅人性化、智能化，还为图书馆的管理人员和在校学生提供了便捷，在最大程度上节约资源，有效利用资源，实现资源利用最大化。使得学生在自习室自修学习，不用抢座位，大家一起文明自习。

参考文献：

[1]智能照明系统专利申请发展现状及趋势[J]. 宁善庆，亢荣，吴平.  电器工业. 2018（12）

[2]高校建筑电气照明节能设计[J]. 栾笛.  电子技术与软件工程. 2018（22）

[3]基于单片机的教室智能照明系統的仿真设计[J]. 徐亮，刘勇，张潇杨.  仪器仪表用户. 2018（12）

[4]合同能源管理在小区照明系统节能改造中的应用[J]. 伍景.  山西建筑. 2018（31）

[5]加油站照明系统的安装与调试[J]. 张剑，景立.  当代化工研究. 2018（10）

[6]高校自习室座位管理系统的开发[J]. 魏倩，刁振峰，马宝琳，吕明茹.  科技资讯. 2017（16）