智能宿舍安全管理系統(tǒng)設(shè)計

◆麥家裕 吳家輝 倫文康

智能宿舍安全管理系統(tǒng)設(shè)計

◆麥家裕 吳家輝 倫文康

（湛江科技學(xué)院 廣東 524094）

針對中學(xué)生宿舍管理和學(xué)生住宿環(huán)境的缺陷，設(shè)計出一款智能宿舍安全管理系統(tǒng)。將智能家居的概念引入到學(xué)生宿舍中去，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器的軟硬件設(shè)備來改善宿舍環(huán)境。該系統(tǒng)選用STM32F103ZET6為主控芯片，通過ESP-8266建立無線通信，在系統(tǒng)終端上能實時查看整個宿舍的情況，并通過各類傳感器檢測環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)智能家居式的宿舍管理，使宿舍生活更加舒適便利。當(dāng)宿舍環(huán)境出現(xiàn)異常狀況時，通過終端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠及時做出相應(yīng)的反應(yīng)，并及時反饋給宿舍管理人員。該系統(tǒng)通過實現(xiàn)終端控制、打卡檢測和宿舍防盜等功能，能夠很大程度保障學(xué)生的安全，給學(xué)生提供一個安全和智能化的住宿環(huán)境。

宿舍管理；STM32F103ZET6；終端控制；無線通信

1 引言

中學(xué)生宿舍是中學(xué)生長期居住和生活的地方，宿舍管理的規(guī)范性、安全性和宿舍環(huán)境的舒適性極其重要，能夠直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的質(zhì)量。為了適應(yīng)學(xué)校的發(fā)展和滿足學(xué)生和家長們的要求，設(shè)計出一個智能宿舍安全管理系統(tǒng)具有非常重要的意義。該系統(tǒng)有個能夠管理整個宿舍的終端控制，能夠提高宿舍管理部門的工作效率，方便宿舍管理部門的工作人員全面掌握學(xué)生的住宿情況，對減少學(xué)生宿舍管理的工作量和提高管理水平具有良好的效果。

2 系統(tǒng)功能描述

該智能宿舍安全管理系統(tǒng)能夠通過搭建管理網(wǎng)絡(luò)，一站式終端實現(xiàn)快捷管控，省去大量人力管理成本，通過ESP-8266的無線通信，宿舍管理人員在終端的LCD液晶顯示屏上可以實時顯示整棟宿舍樓的實際情況，也可以實時監(jiān)測學(xué)生出入宿舍的打卡情況。通過傳感器的檢測，能夠及時檢測各個宿舍的環(huán)境參數(shù)。打卡檢測和防盜裝置，能夠記錄學(xué)生出入的情況，進而保障學(xué)生的安全。該系統(tǒng)功能框圖如圖1，系統(tǒng)其主要內(nèi)容如下。

（1）終端統(tǒng)一管理功能：可通過ESP-8266進行終端與學(xué)生端無線通信，實現(xiàn)終端和各個宿舍端之間的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)宿舍內(nèi)發(fā)生異常時，宿舍端會及時吧異常信號反饋給終端。宿舍管理人員在進行管理員ID卡身份驗證后可以對各個宿舍進行遠程控制的操作。

（2）終端顯示功能：終端上的LCD顯示屏可以查看各個宿舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，并且能夠在終端上看到各個宿舍有無異常情況和違規(guī)行為等。終端顯示屏上還能夠顯示學(xué)生們的打卡情況，并能夠及時統(tǒng)計學(xué)生出入的人數(shù)。

（3）安全防盜系統(tǒng)：學(xué)生端能夠通過從終端傳回來各個宿舍內(nèi)學(xué)生的打卡情況判斷宿舍內(nèi)的學(xué)生是否已經(jīng)全部離開，當(dāng)系統(tǒng)確認到宿舍內(nèi)人員已經(jīng)全部離開后，會自動鎖門。在正常上課期間和正常晚休期間宿舍會自動鎖門，可通過宿舍管理人員控制終端從外部打開宿舍門。宿舍內(nèi)更設(shè)有紅外人體傳感器，當(dāng)宿舍端確實宿舍內(nèi)的學(xué)生已經(jīng)全部離開后，則會打開人體紅外傳感器進行防盜，若探測到宿舍內(nèi)有人活動跡象，則立即通知宿舍管理人員前去查看。

（4）學(xué)生出入宿舍打卡管理：能夠以班級為單位記錄學(xué)生出入情況，學(xué)生早上上課前離開宿舍、晚休門禁前返回宿舍和門禁期間出入宿舍都需要在宿舍門打卡確認。在終端處，宿舍管理人員可以清晰確認學(xué)生是否有按課時安排離開、回到宿舍。系統(tǒng)借由一人一卡的打卡系統(tǒng)配合紅外人體檢測，能夠準確判斷學(xué)生打卡情況。

（5）智能家居式管理：在學(xué)生端上搭載了智能家居系統(tǒng)，傳感器負責(zé)檢測宿舍環(huán)境宿舍并將宿舍傳輸至單片機，單片機負責(zé)處理傳感器數(shù)據(jù)并發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)至終端，終端可將數(shù)據(jù)保存在flash當(dāng)中。學(xué)生端可以通過搜集到的數(shù)據(jù)控制宿舍內(nèi)的智能設(shè)備。宿舍管理人員也可通過終端遠程控制該智能家居系統(tǒng)。

（6）宿舍應(yīng)急按鈕：在每個宿舍內(nèi)會設(shè)置有一個緊急按鈕，當(dāng)有學(xué)生發(fā)生緊急狀況，并且需要緊急聯(lián)系宿舍管理人員時，可以通過宿舍應(yīng)急按鈕及時通知宿舍管理人員。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

3 智能宿舍安全管理系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)采用STM32F103ZET6、ESP-8266進行控制，STM32F103ZET6作為整個系統(tǒng)的主控芯片，ESP-8266主要實現(xiàn)終端和客戶端之間的無線通信。

（1）STM32F103ZET6通過ESP-8266連接網(wǎng)絡(luò)再聯(lián)網(wǎng)到服務(wù)器，實現(xiàn)一對多的終端控制，客戶端也可以通過ESP-8266將數(shù)據(jù)傳回終端，并且能夠在終端的顯示屏上實時查看。

（2）RC522-IC卡感應(yīng)模塊用來進行學(xué)生的打卡檢測，在RC522-IC卡感應(yīng)模塊附近會有紅外人體檢測裝置，當(dāng)學(xué)生打卡成功后，需要被人體紅外檢測裝置檢測到后，才能算打卡成功。該打卡裝置能夠及時將學(xué)生的打卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端，并能夠在終端的LCD屏上通過按鍵切換頁面進行查看。通過提前在程序里“錄入”到每個學(xué)生卡內(nèi)獨特的“編號”，能夠識別該卡是否為符合條件的卡。

（3）使用繼電器模擬宿舍的門的開關(guān)，該繼電器能夠通過接收終端中記錄的打卡數(shù)據(jù)，并且能夠通過判斷學(xué)生是否已經(jīng)離開宿舍從而決定繼電器的狀態(tài)。

（4）在每個宿舍中有個緊急按鈕，通過客戶端和終端的網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)該按鍵被檢測到按下后，能夠在終端通過啟動蜂鳴器對管理人員進行提醒，該蜂鳴器可由宿舍管理人員通過按鍵手動關(guān)閉。

（5）當(dāng)宿舍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或者檢測到火源后，火焰?zhèn)鞲衅鞴苣_間的阻抗變小，當(dāng)超過了電位器設(shè)置的閾值后，模塊上的D0指示燈會點亮，OUT引腳會由輸出高電平轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅碗娖?，?dāng)客戶端檢測到火焰?zhèn)鞲衅鞯腛UT口輸出低電平后，就會發(fā)出警報——通過ESP-8266發(fā)信息給終端，從而及時啟動終端處的蜂鳴器并且通知宿管人員前去查看。

（6）當(dāng)宿舍的煙霧濃度超過MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊設(shè)置的閾值后，MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊的DOUT輸出低電平，并且模塊上的LED燈報警。當(dāng)客戶端檢測到MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊的DOUT輸出低電平時，就會發(fā)出警報。

（7）溫濕度傳感器和光敏電阻傳感器能夠檢測宿舍內(nèi)的溫度、濕度和光線的大小等參數(shù)，并將檢測到的數(shù)據(jù)通過AD轉(zhuǎn)換保存在客戶端中，在客戶端上可以實時看到由溫度、濕度和光線大小等數(shù)據(jù)，環(huán)境參數(shù)通過客戶端進行處理后，根據(jù)不同情況對宿舍內(nèi)的智能設(shè)備進行控制。

（8）當(dāng)檢測到宿舍內(nèi)的學(xué)生全部離開后，會自動開啟防盜系統(tǒng)，宿舍會自動鎖門，并且會打開宿舍內(nèi)的紅外人體傳感器，若在宿舍無人的情況下，有人進入了人體紅外傳感器的感應(yīng)范圍后，該人體紅外傳感器則會輸出高電平，當(dāng)人離開反應(yīng)范圍后則自動延時關(guān)閉高電平，并且輸出低電平，當(dāng)客戶端檢測到發(fā)生電平變化后，就會發(fā)出警報。

（9）終端將學(xué)生端數(shù)據(jù)存儲到flash當(dāng)中，當(dāng)宿舍管理人員需要查看學(xué)生端數(shù)據(jù)時，可通過從flash中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)進行查看。

4 結(jié)語

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，各個學(xué)校都在利用信息化技術(shù)來提高學(xué)校的管理水平，智能化管理也是現(xiàn)代宿舍管理信息的必然趨勢之一。該系統(tǒng)在一旦運用到各中學(xué)宿舍中，能夠提高大部分學(xué)校的管理水平，能夠給學(xué)生提供一個更舒適的住宿環(huán)境，也能夠為該學(xué)校招生方面提供一個優(yōu)勢，進而吸引更多好的生源。擁有一個更智能、更安全的學(xué)生宿舍，無論是對于學(xué)生還是學(xué)生的父母而言都是很重要的。

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湛江科技學(xué)院2021年院級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“智能宿舍安全管理系統(tǒng)”（編號：2021ZKYDCA10）