基于單片機(jī)的中小學(xué)生智能宿舍管理系統(tǒng)

宋忠昕 崔玉玲 曹洋 鄭佳旺

摘 要：中小學(xué)生智能宿舍管理系統(tǒng)由2部分組成。一部分是以單片機(jī)為控制核心，通過相關(guān)電路設(shè)計(jì)以及配合使用GSM模塊、12864液晶顯示屏、空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、聲音檢測(cè)模塊、有源蜂鳴器、錄音模塊、溫濕度傳感器、矩陣鍵盤等實(shí)現(xiàn)對(duì)中小學(xué)生宿舍的智能管理。另一部分主要是由小風(fēng)扇和紫色LED燈構(gòu)成的滅蚊裝置。本文即對(duì)此進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 宿舍;中小學(xué)生;智能管理;單片機(jī);滅蚊裝置

【Abstract】 The intelligent dormitory management system is composed of two parts. One is selecting the single chip microcomputer as the control core， through the related circuit design combined with the comprehensive use of various sub-items such as GSM module， 12864 LCD， air quality detection module， sound detection module， active buzzer， recording module， temperature and humidity sensor， matrix keyboard，which achieve the intelligent management of primary and secondary school students' dormitory. The other is a mosquito killing device composed of a small fan and purple LED lights. The paper proposes the research and design of intelligent dormitory management system.

【Key words】 ?dormitory; primary and secondary school students; intelligent management; single chip microcomputer; mosquito control device

0 引 言

目前，大多中小學(xué)生宿舍管理采用紙質(zhì)管理或軟件管理，不僅管理內(nèi)容單一化，而且整體管理流程相對(duì)來(lái)說(shuō)也較為復(fù)雜。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活效率的提高，中小學(xué)生宿舍管理方面存在的問題也日益突顯?；诖耍敬窝芯繑M設(shè)計(jì)一款可以彌補(bǔ)紙質(zhì)或軟件管理不足、同時(shí)也要增配一些傳統(tǒng)宿舍管理系統(tǒng)中并不具備的新型功能來(lái)應(yīng)用到宿舍管理中的智能宿舍管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的成功研發(fā)，不僅可以提升宿舍管理的服務(wù)質(zhì)量，而且也為宿舍管理者提供了一些便利。對(duì)此，將展開研究論述如下。

1 整體設(shè)計(jì)

中小學(xué)生智能宿舍管理系統(tǒng)集多功能于一體，具有遠(yuǎn)程簽到功能模擬展示、可變更值日表、查詢學(xué)生基本信息、溫濕度檢測(cè)、噪聲檢測(cè)、空氣質(zhì)量檢測(cè)和滅蚊等一系列實(shí)用功能。該系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 遠(yuǎn)程簽到功能模擬展示

遠(yuǎn)程簽到功能模擬展示的設(shè)計(jì)原理如圖2所示。GSM模塊對(duì)電源要求比較高，需采用5 V、1.5 A的直流電源供電，GSM模塊上的引腳5VT、5VR、VCC_MCU、GND分別連接到單片機(jī)上的P3.0，P3.1引腳和5 V電源的正極和負(fù)極引腳。當(dāng)GSM模塊上的D5長(zhǎng)亮，D6亮1 s、滅3 s（慢閃）時(shí)，表示模塊已搜索到網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)學(xué)生就可以簽到了。如果搜索不到網(wǎng)絡(luò)，要注意斷電檢查手機(jī)卡是否插好。矩陣鍵盤連接在P1口，按動(dòng)不同的符號(hào)鍵會(huì)發(fā)送不同的簽到內(nèi)容，在矩陣鍵盤上具體表現(xiàn)為按鍵7、8、9、C。例如，當(dāng)按下矩陣鍵盤上的7號(hào)鍵時(shí)，液晶顯示屏上就會(huì)顯示“l(fā)oading”，當(dāng)數(shù)據(jù)通過GSM模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)上時(shí)，手機(jī)在收到“張龍簽到”的短信的同時(shí)，液晶顯示屏上則顯示“簽到成功”，如此設(shè)計(jì)旨在防止學(xué)生出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致漏簽。此功能主要為模擬遠(yuǎn)程簽到，如果產(chǎn)品投入市場(chǎng)，可將按鍵簽到改為指紋簽到。如此一來(lái)，就簡(jiǎn)化了操作步驟，方便樓管查寢。

2.2 可變更值日表

矩陣鍵盤的引入，節(jié)省了I/O口線，同時(shí)也可使系統(tǒng)功能得以更直觀、便捷展示，該矩陣鍵盤的應(yīng)用則涉及到單片機(jī)中的程序控制。對(duì)于可變更值日表來(lái)說(shuō)，其具體表現(xiàn)為按鍵4、5、6、B。當(dāng)天打掃衛(wèi)生的宿舍人員將自己的姓名通過矩陣鍵盤控制顯示在液晶顯示屏上，顯示模式為“今天打掃宿舍衛(wèi)生人員姓名：***”。如此設(shè)計(jì)，有利于明確責(zé)任，方便管理。

2.3 溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)

作為一款溫濕度復(fù)合傳感器，DHT11具有抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，該傳感器由電阻式感濕元件，NTC測(cè)溫元件和高性能8位單片機(jī)三大部分相連接組成，采用5 V電壓供電。溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的視像呈現(xiàn)效果如圖3所示。通過按下矩陣鍵盤上的D鍵，就可以通過液晶顯示屏顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度，提醒學(xué)生增減衣物，從而為學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)提供有益參考。

2.4 查詢學(xué)生基本信息

該功能主要用到帶字庫(kù)的12864液晶顯示屏，外部引腳共20個(gè)，雖然操作簡(jiǎn)單，但是能顯示圖形和漢字。而且，引腳VO通過電位器與電源正極相連，可以調(diào)節(jié)12864液晶顯示屏的清晰度。利用矩陣按鍵上的1、2、3、A鍵就可以查詢不同宿舍人員的基本信息，液晶顯示屏上顯示的信息內(nèi)容包括有5個(gè)部分，分別是：“***同學(xué)的基本個(gè)人信息”、“床鋪號(hào)”、“班級(jí)”、“班主任”、“班主任電話”。該項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)了信息的動(dòng)態(tài)顯示，可以容納一個(gè)學(xué)生的多條基本信息，然后還做到了按鍵號(hào)與床鋪號(hào)的精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)。不僅方便查找，同時(shí)也顯著降低了檢查宿舍人員的工作繁瑣程度。

2.5 噪聲和空氣質(zhì)量檢測(cè)裝置

本款設(shè)計(jì)中的噪聲檢測(cè)部分主要采用了光控開關(guān)電路，而在宿舍熄燈后，噪聲檢測(cè)功能將自行啟動(dòng)，如果宿舍內(nèi)有噪聲出現(xiàn)，錄音模塊就會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提醒。同時(shí)數(shù)碼管計(jì)數(shù)加一通過這種量化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自我管理。這樣就可有效保障學(xué)生的安靜睡眠環(huán)境，有利于學(xué)生的身心健康發(fā)展。

空氣質(zhì)量檢測(cè)部分則主要由空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊和有源蜂鳴器共同作用，將空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊的DO輸出口連接到單片機(jī)上的P2.5口，再將單片機(jī)上的P2.6口連接到有源蜂鳴器的I/O口。為了避免蜂鳴器的聲音影響到噪音檢測(cè)模塊，研究采用了將繼電器低電平觸發(fā)引腳接到單片機(jī)的P2.4口的方式。此時(shí)，可通過單片機(jī)內(nèi)嵌的程序控制繼電器觸點(diǎn)變化，隨即聯(lián)動(dòng)控制噪聲檢測(cè)模塊電源的關(guān)斷與閉合，從而消除蜂鳴器的響聲對(duì)噪音檢測(cè)模塊的干擾。繼而，研究給出了光控開關(guān)原理電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.6 滅蚊裝置

利用蚊子喜歡紫色光的特點(diǎn)，通過紫色LED燈吸引蚊蟲進(jìn)入燈罩，將紫色LED燈與高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇相結(jié)合，將蚊蟲吸入并將其消滅。此功能還同時(shí)配備了蚊蟲清理裝置，從而為學(xué)生打造優(yōu)質(zhì)的睡眠環(huán)境。滅蚊裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖5。

3 結(jié)束語(yǔ)

據(jù)研究調(diào)查可知，目前國(guó)內(nèi)的中小學(xué)生宿舍管理大多都是采用紙質(zhì)或軟件管理，宿舍管理方式較為單一。百年大計(jì)，教育為本。中小學(xué)生的宿舍管理水平與學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)有著密切聯(lián)系，因此高效提升宿舍管理水平已經(jīng)顯得尤為重要。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)可知，本次研發(fā)系統(tǒng)具有一定的創(chuàng)新性，主要體現(xiàn)在單片機(jī)在執(zhí)行控制的過程中，還同步實(shí)現(xiàn)了結(jié)果數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)。該系統(tǒng)集多種功能于一體、且市場(chǎng)上尚無(wú)類似產(chǎn)品，因而有著較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和可觀的市場(chǎng)前景。

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