傳感器在學(xué)生宿舍床位監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳孟臻

摘 要

目前國內(nèi)多數(shù)學(xué)校對學(xué)生是否按時就寢在監(jiān)控上存在弊端，在宿舍中安裝壓傳感器可以解決這一問題。監(jiān)控系統(tǒng)通過壓力傳感器稱重量、溫度傳感器測量人體溫度，將采集信息交單片機處理后得出床位是否有人的判斷，并將結(jié)果通過GSM模塊以短信形式發(fā)送到指定手機上，管理員可在指定時間節(jié)點掌握每個學(xué)生就寢情況的動態(tài)信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理，又保護學(xué)生隱私。

【關(guān)鍵詞】傳感器 單片機 GSM

1 研究背景

目前，多數(shù)學(xué)校對學(xué)生宿舍管理只停留在學(xué)生自管會定時查寢、宿舍管理員巡視和走道上安裝視頻監(jiān)控器等方式。因涉及隱私問題，不能在宿舍里安裝攝像頭進行監(jiān)控，因此不能對學(xué)生是否按時就寢進行有效管理，導(dǎo)致許多學(xué)生在宿舍通宵上網(wǎng)，打牌，甚至徹夜不歸，從而影響學(xué)習(xí)成績。因此，研究一款即可監(jiān)控又可保護學(xué)生隱私的宿舍床位實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)有一定的研究意義。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)采用稱重-壓力傳感器測量床位上物體的重量，根據(jù)學(xué)生體重范圍預(yù)設(shè)一個壓力值，當測量到的壓力大于預(yù)設(shè)值，表示床位上有人或者物體。采用溫度傳感器監(jiān)控溫度來進一步確定床上是人還是其它物品，檢測如溫度低于35°或高于45°為異常值。在指定時間節(jié)點由主控芯片AT89S52進行接收和處理傳感器傳遞的信息，當同時檢測到重量值和溫度值均為異常值，就會做出床位“無人”的判斷。系統(tǒng)并將“無人”對應(yīng)的床號通過GSM以短信形式發(fā)送到指定號碼（管理員）的手機上，管理員便可獲知學(xué)生是否按時就寢信息，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3 硬件電路模塊

系統(tǒng)主要由AT89S52單片機模塊、人體數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、定時/計數(shù)模塊、GSM無線通信模塊等組成的。

3.1 AT89S52單片機模塊

使用AT89S52增強型單片機，主要負責(zé)傳感器對信息的采集和傳輸；并將接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理和判斷，指揮GSM完成數(shù)據(jù)和信號的傳送。AT89S52增強型具有反應(yīng)速度快、靈敏度好、精度高、功耗低、性能高、大容量的片內(nèi)存儲器和大規(guī)模的尋址能力等優(yōu)點，非常適合充當主控芯片角色。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

采用HX711芯片實現(xiàn)A/D功能，內(nèi)部含有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振動器，還擁有其它芯片所需的輔助外圍電路。將稱重-壓力傳感器檢測到床上學(xué)生的體重信號（即模擬信號）經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成主控芯片可以識別的數(shù)字信號，然后單片機將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過LCD1602顯示屏顯示出來，實現(xiàn)人機操作界面。

3.3 GSM通信模塊

采用無線GSM模塊（Siemens公司的TC35T）；利用TC35傳輸短消息的功能實現(xiàn)無線遠程實時監(jiān)控，由于GSM網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采用電話網(wǎng)絡(luò)進行通信，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。短信息服務(wù)（SMS）是GSM系統(tǒng)中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務(wù)中心進行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

3.4 定時器功能模塊

本系統(tǒng)中，定時器使用AT89S52外接12M晶振用于計時，定時器通過外部按鍵對其進行設(shè)置，采用的是24個小時制，可以設(shè)置上午（am）和下午（pm）兩個時間段的任一時刻的Hour和Min。當?shù)竭_設(shè)定的兩個時間段的時刻，單片機將壓力傳感器和溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析判斷。

3.5 人體數(shù)據(jù)采集模塊

人體數(shù)據(jù)采集模塊采用稱重-壓力傳感器和溫度傳感器同時檢測床位上物體的體重和溫度，采集到的溫度直接由單片機進行處理，而稱重信號則需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊進行處理。

（1）稱重-壓力傳感器。也叫做應(yīng)變式稱重測力傳感器，采用惠更斯電橋線路其核心部位是電阻應(yīng)變式。當彈性體受到壓力產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片也會受到外界的壓力而發(fā)生形變，其電阻值也跟著改變，從而使電橋失去原本的平衡而產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，主控芯片就會對這個差動信號進行測量和處理。

（2）DS18B20溫度傳感器。最大特點就是單線接口（無需外接器件）和待機零消耗，只需要一個端口引腳就可以進行通訊。它還具有測溫范圍廣，分辨率較高、運行速度快、讀數(shù)簡單易讀，結(jié)構(gòu)簡單等特點。

4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計完之后將編寫好的程序下載到AT89S52單片機芯片中。經(jīng)過4次測試，滿足設(shè)計需求，結(jié)果如表1所示。

在調(diào)試過程中，GSM模塊在向固定手機發(fā)送短信時，可能會出現(xiàn)延時現(xiàn)象。所謂的延時現(xiàn)象：在實際的運行過程中，有大量的數(shù)據(jù)采集終端像監(jiān)控中心發(fā)送短消息，當大量信息幾乎同時到達監(jiān)控中心時，勢必造成一定的擁塞，會出現(xiàn)延時，甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)傳輸過程中丟失。經(jīng)過測試，GSM模塊發(fā)送信息出現(xiàn)延時時間在3min以內(nèi)，基本符合GSM模塊的實際參數(shù)要求。但在GSM將判定結(jié)果發(fā)送給指定手機時出現(xiàn)了短信延時現(xiàn)象。至今，沒找到解決的辦法，此問題是今后亟待解決和改進的方向。

5 總 結(jié)

學(xué)生宿舍床位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案僅對單個床位進行模擬測試，測試結(jié)果滿足預(yù)定要求，即可以檢測在床位上是否有學(xué)生。系統(tǒng)的方案是合理、可行、具有一定的價值。但是對于整個學(xué)校宿舍系統(tǒng)，如何使系統(tǒng)推廣到更貼切實際，更有實用價值，仍有大量問題需要解決。

參考文獻

[1]劉楨.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能壓力傳感器系統(tǒng)研究[D] .西安理工大學(xué)，2008（03）.

[2]劉浩，方肇洪.RH-CYA型數(shù)字壓力傳感器在多級熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].山東建筑工程學(xué)院，1998（10）.

[3]歐陽軍林，李中凱，李章兵.大學(xué)生宿舍視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].湖南科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，2011（01）.

作者單位

廣西大學(xué)計算機與電子信息學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530004endprint

摘 要

目前國內(nèi)多數(shù)學(xué)校對學(xué)生是否按時就寢在監(jiān)控上存在弊端，在宿舍中安裝壓傳感器可以解決這一問題。監(jiān)控系統(tǒng)通過壓力傳感器稱重量、溫度傳感器測量人體溫度，將采集信息交單片機處理后得出床位是否有人的判斷，并將結(jié)果通過GSM模塊以短信形式發(fā)送到指定手機上，管理員可在指定時間節(jié)點掌握每個學(xué)生就寢情況的動態(tài)信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理，又保護學(xué)生隱私。

【關(guān)鍵詞】傳感器 單片機 GSM

1 研究背景

目前，多數(shù)學(xué)校對學(xué)生宿舍管理只停留在學(xué)生自管會定時查寢、宿舍管理員巡視和走道上安裝視頻監(jiān)控器等方式。因涉及隱私問題，不能在宿舍里安裝攝像頭進行監(jiān)控，因此不能對學(xué)生是否按時就寢進行有效管理，導(dǎo)致許多學(xué)生在宿舍通宵上網(wǎng)，打牌，甚至徹夜不歸，從而影響學(xué)習(xí)成績。因此，研究一款即可監(jiān)控又可保護學(xué)生隱私的宿舍床位實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)有一定的研究意義。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)采用稱重-壓力傳感器測量床位上物體的重量，根據(jù)學(xué)生體重范圍預(yù)設(shè)一個壓力值，當測量到的壓力大于預(yù)設(shè)值，表示床位上有人或者物體。采用溫度傳感器監(jiān)控溫度來進一步確定床上是人還是其它物品，檢測如溫度低于35°或高于45°為異常值。在指定時間節(jié)點由主控芯片AT89S52進行接收和處理傳感器傳遞的信息，當同時檢測到重量值和溫度值均為異常值，就會做出床位“無人”的判斷。系統(tǒng)并將“無人”對應(yīng)的床號通過GSM以短信形式發(fā)送到指定號碼（管理員）的手機上，管理員便可獲知學(xué)生是否按時就寢信息，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3 硬件電路模塊

系統(tǒng)主要由AT89S52單片機模塊、人體數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、定時/計數(shù)模塊、GSM無線通信模塊等組成的。

3.1 AT89S52單片機模塊

使用AT89S52增強型單片機，主要負責(zé)傳感器對信息的采集和傳輸；并將接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理和判斷，指揮GSM完成數(shù)據(jù)和信號的傳送。AT89S52增強型具有反應(yīng)速度快、靈敏度好、精度高、功耗低、性能高、大容量的片內(nèi)存儲器和大規(guī)模的尋址能力等優(yōu)點，非常適合充當主控芯片角色。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

采用HX711芯片實現(xiàn)A/D功能，內(nèi)部含有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振動器，還擁有其它芯片所需的輔助外圍電路。將稱重-壓力傳感器檢測到床上學(xué)生的體重信號（即模擬信號）經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成主控芯片可以識別的數(shù)字信號，然后單片機將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過LCD1602顯示屏顯示出來，實現(xiàn)人機操作界面。

3.3 GSM通信模塊

采用無線GSM模塊（Siemens公司的TC35T）；利用TC35傳輸短消息的功能實現(xiàn)無線遠程實時監(jiān)控，由于GSM網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采用電話網(wǎng)絡(luò)進行通信，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。短信息服務(wù)（SMS）是GSM系統(tǒng)中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務(wù)中心進行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

3.4 定時器功能模塊

本系統(tǒng)中，定時器使用AT89S52外接12M晶振用于計時，定時器通過外部按鍵對其進行設(shè)置，采用的是24個小時制，可以設(shè)置上午（am）和下午（pm）兩個時間段的任一時刻的Hour和Min。當?shù)竭_設(shè)定的兩個時間段的時刻，單片機將壓力傳感器和溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析判斷。

3.5 人體數(shù)據(jù)采集模塊

人體數(shù)據(jù)采集模塊采用稱重-壓力傳感器和溫度傳感器同時檢測床位上物體的體重和溫度，采集到的溫度直接由單片機進行處理，而稱重信號則需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊進行處理。

（1）稱重-壓力傳感器。也叫做應(yīng)變式稱重測力傳感器，采用惠更斯電橋線路其核心部位是電阻應(yīng)變式。當彈性體受到壓力產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片也會受到外界的壓力而發(fā)生形變，其電阻值也跟著改變，從而使電橋失去原本的平衡而產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，主控芯片就會對這個差動信號進行測量和處理。

（2）DS18B20溫度傳感器。最大特點就是單線接口（無需外接器件）和待機零消耗，只需要一個端口引腳就可以進行通訊。它還具有測溫范圍廣，分辨率較高、運行速度快、讀數(shù)簡單易讀，結(jié)構(gòu)簡單等特點。

4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計完之后將編寫好的程序下載到AT89S52單片機芯片中。經(jīng)過4次測試，滿足設(shè)計需求，結(jié)果如表1所示。

在調(diào)試過程中，GSM模塊在向固定手機發(fā)送短信時，可能會出現(xiàn)延時現(xiàn)象。所謂的延時現(xiàn)象：在實際的運行過程中，有大量的數(shù)據(jù)采集終端像監(jiān)控中心發(fā)送短消息，當大量信息幾乎同時到達監(jiān)控中心時，勢必造成一定的擁塞，會出現(xiàn)延時，甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)傳輸過程中丟失。經(jīng)過測試，GSM模塊發(fā)送信息出現(xiàn)延時時間在3min以內(nèi)，基本符合GSM模塊的實際參數(shù)要求。但在GSM將判定結(jié)果發(fā)送給指定手機時出現(xiàn)了短信延時現(xiàn)象。至今，沒找到解決的辦法，此問題是今后亟待解決和改進的方向。

5 總 結(jié)

學(xué)生宿舍床位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案僅對單個床位進行模擬測試，測試結(jié)果滿足預(yù)定要求，即可以檢測在床位上是否有學(xué)生。系統(tǒng)的方案是合理、可行、具有一定的價值。但是對于整個學(xué)校宿舍系統(tǒng)，如何使系統(tǒng)推廣到更貼切實際，更有實用價值，仍有大量問題需要解決。

參考文獻

[1]劉楨.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能壓力傳感器系統(tǒng)研究[D] .西安理工大學(xué)，2008（03）.

[2]劉浩，方肇洪.RH-CYA型數(shù)字壓力傳感器在多級熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].山東建筑工程學(xué)院，1998（10）.

[3]歐陽軍林，李中凱，李章兵.大學(xué)生宿舍視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].湖南科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，2011（01）.

作者單位

廣西大學(xué)計算機與電子信息學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530004endprint

摘 要

目前國內(nèi)多數(shù)學(xué)校對學(xué)生是否按時就寢在監(jiān)控上存在弊端，在宿舍中安裝壓傳感器可以解決這一問題。監(jiān)控系統(tǒng)通過壓力傳感器稱重量、溫度傳感器測量人體溫度，將采集信息交單片機處理后得出床位是否有人的判斷，并將結(jié)果通過GSM模塊以短信形式發(fā)送到指定手機上，管理員可在指定時間節(jié)點掌握每個學(xué)生就寢情況的動態(tài)信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理，又保護學(xué)生隱私。

【關(guān)鍵詞】傳感器 單片機 GSM

1 研究背景

目前，多數(shù)學(xué)校對學(xué)生宿舍管理只停留在學(xué)生自管會定時查寢、宿舍管理員巡視和走道上安裝視頻監(jiān)控器等方式。因涉及隱私問題，不能在宿舍里安裝攝像頭進行監(jiān)控，因此不能對學(xué)生是否按時就寢進行有效管理，導(dǎo)致許多學(xué)生在宿舍通宵上網(wǎng)，打牌，甚至徹夜不歸，從而影響學(xué)習(xí)成績。因此，研究一款即可監(jiān)控又可保護學(xué)生隱私的宿舍床位實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)有一定的研究意義。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)采用稱重-壓力傳感器測量床位上物體的重量，根據(jù)學(xué)生體重范圍預(yù)設(shè)一個壓力值，當測量到的壓力大于預(yù)設(shè)值，表示床位上有人或者物體。采用溫度傳感器監(jiān)控溫度來進一步確定床上是人還是其它物品，檢測如溫度低于35°或高于45°為異常值。在指定時間節(jié)點由主控芯片AT89S52進行接收和處理傳感器傳遞的信息，當同時檢測到重量值和溫度值均為異常值，就會做出床位“無人”的判斷。系統(tǒng)并將“無人”對應(yīng)的床號通過GSM以短信形式發(fā)送到指定號碼（管理員）的手機上，管理員便可獲知學(xué)生是否按時就寢信息，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3 硬件電路模塊

系統(tǒng)主要由AT89S52單片機模塊、人體數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、定時/計數(shù)模塊、GSM無線通信模塊等組成的。

3.1 AT89S52單片機模塊

使用AT89S52增強型單片機，主要負責(zé)傳感器對信息的采集和傳輸；并將接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理和判斷，指揮GSM完成數(shù)據(jù)和信號的傳送。AT89S52增強型具有反應(yīng)速度快、靈敏度好、精度高、功耗低、性能高、大容量的片內(nèi)存儲器和大規(guī)模的尋址能力等優(yōu)點，非常適合充當主控芯片角色。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

采用HX711芯片實現(xiàn)A/D功能，內(nèi)部含有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振動器，還擁有其它芯片所需的輔助外圍電路。將稱重-壓力傳感器檢測到床上學(xué)生的體重信號（即模擬信號）經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成主控芯片可以識別的數(shù)字信號，然后單片機將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過LCD1602顯示屏顯示出來，實現(xiàn)人機操作界面。

3.3 GSM通信模塊

采用無線GSM模塊（Siemens公司的TC35T）；利用TC35傳輸短消息的功能實現(xiàn)無線遠程實時監(jiān)控，由于GSM網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采用電話網(wǎng)絡(luò)進行通信，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。短信息服務(wù)（SMS）是GSM系統(tǒng)中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務(wù)中心進行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

3.4 定時器功能模塊

本系統(tǒng)中，定時器使用AT89S52外接12M晶振用于計時，定時器通過外部按鍵對其進行設(shè)置，采用的是24個小時制，可以設(shè)置上午（am）和下午（pm）兩個時間段的任一時刻的Hour和Min。當?shù)竭_設(shè)定的兩個時間段的時刻，單片機將壓力傳感器和溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析判斷。

3.5 人體數(shù)據(jù)采集模塊

人體數(shù)據(jù)采集模塊采用稱重-壓力傳感器和溫度傳感器同時檢測床位上物體的體重和溫度，采集到的溫度直接由單片機進行處理，而稱重信號則需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊進行處理。

（1）稱重-壓力傳感器。也叫做應(yīng)變式稱重測力傳感器，采用惠更斯電橋線路其核心部位是電阻應(yīng)變式。當彈性體受到壓力產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片也會受到外界的壓力而發(fā)生形變，其電阻值也跟著改變，從而使電橋失去原本的平衡而產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，主控芯片就會對這個差動信號進行測量和處理。

（2）DS18B20溫度傳感器。最大特點就是單線接口（無需外接器件）和待機零消耗，只需要一個端口引腳就可以進行通訊。它還具有測溫范圍廣，分辨率較高、運行速度快、讀數(shù)簡單易讀，結(jié)構(gòu)簡單等特點。

4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計完之后將編寫好的程序下載到AT89S52單片機芯片中。經(jīng)過4次測試，滿足設(shè)計需求，結(jié)果如表1所示。

在調(diào)試過程中，GSM模塊在向固定手機發(fā)送短信時，可能會出現(xiàn)延時現(xiàn)象。所謂的延時現(xiàn)象：在實際的運行過程中，有大量的數(shù)據(jù)采集終端像監(jiān)控中心發(fā)送短消息，當大量信息幾乎同時到達監(jiān)控中心時，勢必造成一定的擁塞，會出現(xiàn)延時，甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)傳輸過程中丟失。經(jīng)過測試，GSM模塊發(fā)送信息出現(xiàn)延時時間在3min以內(nèi)，基本符合GSM模塊的實際參數(shù)要求。但在GSM將判定結(jié)果發(fā)送給指定手機時出現(xiàn)了短信延時現(xiàn)象。至今，沒找到解決的辦法，此問題是今后亟待解決和改進的方向。

5 總 結(jié)

學(xué)生宿舍床位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案僅對單個床位進行模擬測試，測試結(jié)果滿足預(yù)定要求，即可以檢測在床位上是否有學(xué)生。系統(tǒng)的方案是合理、可行、具有一定的價值。但是對于整個學(xué)校宿舍系統(tǒng)，如何使系統(tǒng)推廣到更貼切實際，更有實用價值，仍有大量問題需要解決。

參考文獻

[1]劉楨.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的智能壓力傳感器系統(tǒng)研究[D] .西安理工大學(xué)，2008（03）.

[2]劉浩，方肇洪.RH-CYA型數(shù)字壓力傳感器在多級熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].山東建筑工程學(xué)院，1998（10）.

[3]歐陽軍林，李中凱，李章兵.大學(xué)生宿舍視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].湖南科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，2011（01）.

作者單位

廣西大學(xué)計算機與電子信息學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530004endprint