智慧宿舍管理系统

李高鹏，熊作顺，颜宏伟，陈宇航

（东南大学成贤学院电子与计算机工程学院，江苏南京，210000）

0 引言

智慧宿舍是高校宿舍分散独立管理系统与物联网系统的集成，是传统高校宿舍管理的升华。通过物联感知、互联网、智能分析和辅助决策，实现对高校宿舍主要管理和服务需求的综合动态管理，实现高校宿舍对学生的精细化管理与活动记录，实现为师生提供高效便捷服务，增强高校宿舍安防与消防安全保障能力，最终提升高校宿舍管理与服务水平[1]。

1 方案设计

系统主要分为几个模块：单片机控制部分，测温模块，数据显示模块，闹钟模块，报警模块，LED灯。

图1 模块图

本系统开发板选择的是STM32F103ZETT6作为MCU，该芯片是STM32F103里面配置非常强大的了，它拥有的资源包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位 DAC、1个SDIO接口、1FSMC 接口以及112个通用IO口。该芯片的配置十分强悍，并且还带外部总线（FSMC）可以用来外扩SRAM和连接LCD等，通过FSMC驱动LCD，可以显著提高LCD的刷屏速度，是STM32F1家族常用型号里面最高配置的芯片了，所以我们选择了它作为我们精英板的主芯片。外加的红外测温通过单片机与声光报警模块联系，LCD显示屏显示测量体温值、环境温度值和时间，温度达到阈值触发报警，外加LED灯根据根据设定时间实现亮灭，当到达指定时间点时触发闹钟，蜂鸣器响起，继此实现所有功能。

2 实验步骤

测温模块：温度测试模块使用的是AFUIOT开放硬件传感器测温模组，该模块包括了外置24位高精度低压模ADC转换芯片和接近传感器，其工作原理是物体在高于绝对零度（-273℃）以上时都会向外辐射红外能量，热电堆红外传感器接收人体反射回来红外线，通过CPU内高精度的程序算法得出感应温度数据。

数据显示模块：数据显示模块采用stm32f103单片机，使用编程工具编写实现体温数据采集、闹钟、灯光控制。程序编写使用Keil C51，Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。通过编译相应的代码，将温度采集，时间等数据显示到显示屏上，便于观察。

图2 测温模块

图3 数显模块

闹钟模块：通过设置计时器时间，将闹钟调至7点30分准时触发蜂鸣器，达到闹钟的效果，程序调试、编译，执行程序，通过硬件设备现象反馈对模块进行进一步操作。闹钟和灯模块为了方便观察，设置时间从7:15开始计时，此时显示屏上计时开始增加，LED灯处于熄灭状态；当走时进行到7:30时LED灯亮起，蜂鸣器鸣叫持续三秒用来模拟宿舍起床场景；之后7:45模拟白天，宿舍已不需要照明条件，灯自动熄灭。从而可以及时叫醒学生早上起床，优化宿舍的时间分配，达到铃叫灯亮，学生起床的效果。

图4 声光报警模块

声光报警模块：此次项目采用STM32F103单片机，灯光通过外接LED灯，高电平触发，通过设置温度阈值，为方便调试观察，将温度阈值设置为36℃，红外探头检测到后，触发蜂鸣器及LED灯，达到报警效果。当所测体温超过设置的温度阈值时，蜂鸣器持续响2秒钟，同时，液晶显示屏显示红色，提示温度过高，需引起宿舍成员注意，及时向管理员反映。

3 实验结果

红外探头，LED灯，显示屏等器件合理地应用在单片机上，设计合理，代码编写使用Keil C51，编译成功后下载到单片机上。本设计的难点在于：通过单片机能够实现人体体温检测，误差要小，硬件的选择以及软件算法的修正。所以我们通过外接设备尽可能减小温度的误差，代码部分通过Keil C51在内部进行调试。连接电源启动开关后，液晶屏上将显示四行文字，依次是标题、体温、室温以及时间。走时进行到设定时间点，LED灯由熄灭状态亮起，同时蜂鸣器鸣叫一段时间后停下，进行到下一个指定时间点灯再熄灭，以此模拟宿舍智能叫醒和督促睡眠服务；红外测温模块为了方便观察将温度阈值设为36℃，测量时保持与被测部分3～5厘米左右的距离，温度超过该值时会触发声光报警系统蜂鸣器响起并持续两秒，LCD显示屏显示为红色，同时通过液晶屏幕显示出测量温度和环境温度，以此模拟解决宿舍成员排查体温的难题。

4 结论

本次项目为设计一个安装在宿舍里的智能终端。正值疫情返校之际，排查体温仍是重中之重。通过红外感应每天早晚对人体体温检测，异常报警，同时还有LED灯和闹钟功能，通过使用者的时间设定来智能开关，保证给使用者一个健康舒适的环境。为师生提供更高效的服务、更舒适的居住环境的同时，起到育人的作用，给予住宿师生更美好的未来。如今智能化已越来越发达，生活中许多常见的事情都可以被智能化替代。正值疫情返校期间，智能宿舍管理系统可以帮助工作人员排查病情，还可以改善我们宿舍生活的种种不便。终有一天智能化会进入到我们生活的方方面面。