智慧宿舍管理系統(tǒng)

李高鵬，熊作順，顏宏偉，陳宇航

（東南大學(xué)成賢學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，江蘇南京，210000）

0 引言

智慧宿舍是高校宿舍分散獨(dú)立管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的集成，是傳統(tǒng)高校宿舍管理的升華。通過(guò)物聯(lián)感知、互聯(lián)網(wǎng)、智能分析和輔助決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)高校宿舍主要管理和服務(wù)需求的綜合動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)高校宿舍對(duì)學(xué)生的精細(xì)化管理與活動(dòng)記錄，實(shí)現(xiàn)為師生提供高效便捷服務(wù)，增強(qiáng)高校宿舍安防與消防安全保障能力，最終提升高校宿舍管理與服務(wù)水平[1]。

1 方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要分為幾個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制部分，測(cè)溫模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊，鬧鐘模塊，報(bào)警模塊，LED燈。

圖1 模塊圖

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板選擇的是STM32F103ZETT6作為MCU，該芯片是STM32F103里面配置非常強(qiáng)大的了，它擁有的資源包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、2個(gè)DMA控制器（共12個(gè)通道）、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)12位ADC、1個(gè)12位 DAC、1個(gè)SDIO接口、1FSMC 接口以及112個(gè)通用IO口。該芯片的配置十分強(qiáng)悍，并且還帶外部總線（FSMC）可以用來(lái)外擴(kuò)SRAM和連接LCD等，通過(guò)FSMC驅(qū)動(dòng)LCD，可以顯著提高LCD的刷屏速度，是STM32F1家族常用型號(hào)里面最高配置的芯片了，所以我們選擇了它作為我們精英板的主芯片。外加的紅外測(cè)溫通過(guò)單片機(jī)與聲光報(bào)警模塊聯(lián)系，LCD顯示屏顯示測(cè)量體溫值、環(huán)境溫度值和時(shí)間，溫度達(dá)到閾值觸發(fā)報(bào)警，外加LED燈根據(jù)根據(jù)設(shè)定時(shí)間實(shí)現(xiàn)亮滅，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間點(diǎn)時(shí)觸發(fā)鬧鐘，蜂鳴器響起，繼此實(shí)現(xiàn)所有功能。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

測(cè)溫模塊：溫度測(cè)試模塊使用的是AFUIOT開(kāi)放硬件傳感器測(cè)溫模組，該模塊包括了外置24位高精度低壓模ADC轉(zhuǎn)換芯片和接近傳感器，其工作原理是物體在高于絕對(duì)零度（-273℃）以上時(shí)都會(huì)向外輻射紅外能量，熱電堆紅外傳感器接收人體反射回來(lái)紅外線，通過(guò)CPU內(nèi)高精度的程序算法得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)顯示模塊：數(shù)據(jù)顯示模塊采用stm32f103單片機(jī)，使用編程工具編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)體溫?cái)?shù)據(jù)采集、鬧鐘、燈光控制。程序編寫(xiě)使用Keil C51，Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。通過(guò)編譯相應(yīng)的代碼，將溫度采集，時(shí)間等數(shù)據(jù)顯示到顯示屏上，便于觀察。

圖2 測(cè)溫模塊

圖3 數(shù)顯模塊

鬧鐘模塊：通過(guò)設(shè)置計(jì)時(shí)器時(shí)間，將鬧鐘調(diào)至7點(diǎn)30分準(zhǔn)時(shí)觸發(fā)蜂鳴器，達(dá)到鬧鐘的效果，程序調(diào)試、編譯，執(zhí)行程序，通過(guò)硬件設(shè)備現(xiàn)象反饋對(duì)模塊進(jìn)行進(jìn)一步操作。鬧鐘和燈模塊為了方便觀察，設(shè)置時(shí)間從7:15開(kāi)始計(jì)時(shí)，此時(shí)顯示屏上計(jì)時(shí)開(kāi)始增加，LED燈處于熄滅狀態(tài)；當(dāng)走時(shí)進(jìn)行到7:30時(shí)LED燈亮起，蜂鳴器鳴叫持續(xù)三秒用來(lái)模擬宿舍起床場(chǎng)景；之后7:45模擬白天，宿舍已不需要照明條件，燈自動(dòng)熄滅。從而可以及時(shí)叫醒學(xué)生早上起床，優(yōu)化宿舍的時(shí)間分配，達(dá)到鈴叫燈亮，學(xué)生起床的效果。

圖4 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊：此次項(xiàng)目采用STM32F103單片機(jī)，燈光通過(guò)外接LED燈，高電平觸發(fā)，通過(guò)設(shè)置溫度閾值，為方便調(diào)試觀察，將溫度閾值設(shè)置為36℃，紅外探頭檢測(cè)到后，觸發(fā)蜂鳴器及LED燈，達(dá)到報(bào)警效果。當(dāng)所測(cè)體溫超過(guò)設(shè)置的溫度閾值時(shí)，蜂鳴器持續(xù)響2秒鐘，同時(shí)，液晶顯示屏顯示紅色，提示溫度過(guò)高，需引起宿舍成員注意，及時(shí)向管理員反映。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

紅外探頭，LED燈，顯示屏等器件合理地應(yīng)用在單片機(jī)上，設(shè)計(jì)合理，代碼編寫(xiě)使用Keil C51，編譯成功后下載到單片機(jī)上。本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于：通過(guò)單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)人體體溫檢測(cè)，誤差要小，硬件的選擇以及軟件算法的修正。所以我們通過(guò)外接設(shè)備盡可能減小溫度的誤差，代碼部分通過(guò)Keil C51在內(nèi)部進(jìn)行調(diào)試。連接電源啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，液晶屏上將顯示四行文字，依次是標(biāo)題、體溫、室溫以及時(shí)間。走時(shí)進(jìn)行到設(shè)定時(shí)間點(diǎn)，LED燈由熄滅狀態(tài)亮起，同時(shí)蜂鳴器鳴叫一段時(shí)間后停下，進(jìn)行到下一個(gè)指定時(shí)間點(diǎn)燈再熄滅，以此模擬宿舍智能叫醒和督促睡眠服務(wù)；紅外測(cè)溫模塊為了方便觀察將溫度閾值設(shè)為36℃，測(cè)量時(shí)保持與被測(cè)部分3～5厘米左右的距離，溫度超過(guò)該值時(shí)會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警系統(tǒng)蜂鳴器響起并持續(xù)兩秒，LCD顯示屏顯示為紅色，同時(shí)通過(guò)液晶屏幕顯示出測(cè)量溫度和環(huán)境溫度，以此模擬解決宿舍成員排查體溫的難題。

4 結(jié)論

本次項(xiàng)目為設(shè)計(jì)一個(gè)安裝在宿舍里的智能終端。正值疫情返校之際，排查體溫仍是重中之重。通過(guò)紅外感應(yīng)每天早晚對(duì)人體體溫檢測(cè)，異常報(bào)警，同時(shí)還有LED燈和鬧鐘功能，通過(guò)使用者的時(shí)間設(shè)定來(lái)智能開(kāi)關(guān)，保證給使用者一個(gè)健康舒適的環(huán)境。為師生提供更高效的服務(wù)、更舒適的居住環(huán)境的同時(shí)，起到育人的作用，給予住宿師生更美好的未來(lái)。如今智能化已越來(lái)越發(fā)達(dá)，生活中許多常見(jiàn)的事情都可以被智能化替代。正值疫情返校期間，智能宿舍管理系統(tǒng)可以幫助工作人員排查病情，還可以改善我們宿舍生活的種種不便。終有一天智能化會(huì)進(jìn)入到我們生活的方方面面。