基于Arduino開發(fā)的學(xué)生宿舍自動查房裝置

葛永普

摘要：從學(xué)生宿舍人員安全管理的角度考慮，開發(fā)一款可為宿管人員快捷查房的系統(tǒng)。本設(shè)計以Arduino為開發(fā)平臺，人體紅外傳感器和壓力傳感器監(jiān)測人員是否就寢，識別后通過W5100網(wǎng)絡(luò)模塊把信息發(fā)送給宿管平臺。宿管平臺可以準(zhǔn)確的顯示空床人員的信息，方便宿管人員核實。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能有效的監(jiān)測是否有人就寢，功耗低、操作簡便、穩(wěn)定性高、實時性好。

關(guān)鍵詞：宿舍查房；Arduino；人體紅外傳感器；壓力傳感器；w5100；宿管查房系統(tǒng)

1.研究背景及目的

在學(xué)校住宿時發(fā)現(xiàn)宿管人員在查房方面存在著許多不足之處。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)元器件價格不斷下降，技術(shù)越來越成熟，使得智能化設(shè)備走進(jìn)了我們普通人的生活。筆者于是設(shè)計了一種采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動查房裝置。研究本裝置的主要目的是：簡化查房的流程，方便宿管人員的管理；可以顯示空床人員的基本信息，為了最大限度的保證查房力度，確保沒有人員查房后外出；裝置具有實時顯示床位信息的功能，如果發(fā)生緊急事件，可以一鍵求助。

2.設(shè)計思路

首先根據(jù)學(xué)校住宿情況進(jìn)行了大量的調(diào)查，并和宿管人員進(jìn)行了溝通。其次通過上網(wǎng)查詢資料、請教學(xué)校老師等制定了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃了系統(tǒng)功能，從經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性考慮，最終確定以Arduino為開發(fā)平臺，人體紅外傳感器和壓力傳感器監(jiān)測人員是否就寢，通過w5100模塊進(jìn)行信息交互，采用DS1309時鐘模塊控制設(shè)備工作時間。系統(tǒng)的總體框圖，如圖1所示。

3.研究過程

3.1裝置的組成和工作原理

本實用新型采用Arduino單片機作為核心控制模塊，通過網(wǎng)絡(luò)形式將信息傳遞給電腦端程序。通過人體紅外傳感器和壓力傳感器采集數(shù)據(jù)。傳感器采集數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交單片機處理，如果符合數(shù)據(jù)發(fā)送要求，將數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦端。電腦端可以實時顯示當(dāng)前用戶的信息。系統(tǒng)流程圖，如圖2所示。

3.2設(shè)備端的設(shè)計與實現(xiàn)

（1）硬件主要包括人體紅外傳感器、壓力傳感器、輕觸開關(guān)、鋁板、床模型等。

（2）傳感器選擇。設(shè)備的成功關(guān)鍵，是選擇合適的傳感器測量數(shù)據(jù)。為了檢測準(zhǔn)確，反饋信息及時，傳感器分別采用了HC-SR501人體紅外傳感器和FSR402薄膜壓力傳感器。壓力采用FSR402薄膜壓力傳感器，這款壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息。壓力越大，電阻越低。其允許用在壓力0g-10kg的場合，如圖3所示。人體紅外傳感器采用HC-SR501模塊，工作原理如下：人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。如圖4所示。

（3）數(shù)據(jù)采集端部分代碼如下：

3.3電腦端設(shè)計

采用VB語言編寫服務(wù)端程序。用來顯示當(dāng)前在線的用戶信息，包括學(xué)號、班級、樓號、房號、聯(lián)系電話、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等；可以顯示當(dāng)前用戶的狀態(tài)。服務(wù)端界面如圖5所示。

4.測試及使用方法

（1）將設(shè)備和電腦接入統(tǒng)一網(wǎng)段。（使用同一個交換機或路由器）；

（2）把電腦IP地址設(shè)置成192.168.1.117，如圖6所示；

（3）打開軟件，并開啟服務(wù)；

（4）將模型接入電源和交換機后，點擊軟件“開啟服務(wù)”按鈕。軟件會顯示模型現(xiàn)在的狀態(tài)（紅色表示空床，綠色表示有人就寢）?？梢杂檬?jǐn)D壓床上的壓力傳感器來實現(xiàn)模擬測試。

（5）按設(shè)備上的“求助”按鈕，軟件端會顯示請求字樣。用鼠標(biāo)選擇本用戶后，點擊發(fā)送會，軟件會向模型發(fā)送命令，測試模式上的指示燈點亮。如果用戶按了求助后，不需要求助了，可以按設(shè)備上的“取消求助”按鈕來取消，如圖7所示。

5.改進(jìn)設(shè)想

采用重力傳感器，作為壓力采集傳感器；增加煙霧傳感器實時監(jiān)測火災(zāi)；增加聲音傳感器監(jiān)測聲音大小，有效管理宿舍熄燈后說話的現(xiàn)象；增加光照傳感器控制宿舍內(nèi)的光照信息采集。

6.遠(yuǎn)景目標(biāo)：和有關(guān)廠家合作，開發(fā)新型產(chǎn)品，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

7.技術(shù)創(chuàng)新點

本項目利用Visual Basic語言、arduino開發(fā)板、壓力傳感器、人體紅外傳感器、生活中常見材料設(shè)計的快捷查房裝置，具有以下優(yōu)點：

該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的顯示空床人員的信息，方便宿管人員核實。使宿舍管理人員擺脫了以往奔波式、往復(fù)查房的過程，大大減輕宿管人員的負(fù)擔(dān)。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能有效的監(jiān)測是否有人就寢，功耗低、操作簡便、穩(wěn)定性高、實時性好。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳呂洲.Arduino.北京：北京航空大學(xué)出版社，2015：152-183；

[2]Michael Margolis.Arduino權(quán)威指南. 北京：人民郵電出版社 2013， 28（3）：168-172；

[3]高春艷，李俊民，劉彬彬. Visul Basic數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)案例精選/明日科技編著 人民郵電出版社，2006.5（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)從技術(shù)到實踐）；

[4]龔沛曾，楊志強，陸尉民. Visual Basic程序設(shè)計教程. 3版. 北京高等教育出版社，2007.3；

[5]楊麗，曾全書，Visual Basic與access在人力資源管理系統(tǒng)開發(fā)方向上的應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2006.5.