基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置

張里 經(jīng)廷偉 趙佳 陳思宇 焦朋輝 重慶理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院

基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置

張里 經(jīng)廷偉 趙佳 陳思宇 焦朋輝 重慶理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院

針對(duì)高校曠課現(xiàn)象的普遍及教室“人走燈未滅”等問(wèn)題，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)了基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置。該系統(tǒng)將利用GSM、PFID以及紅外技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)便的操作流程使其能夠方便的運(yùn)用在校園的各個(gè)教室中，根據(jù)每個(gè)教室的課表對(duì)學(xué)生進(jìn)行刷卡考勤，并根據(jù)教室的人數(shù)控制照明系統(tǒng)，確保高校最優(yōu)化的能源運(yùn)用以及最低的曠課早退現(xiàn)象。

教室 RFID 智能 燈控 考勤

隨著社會(huì)的進(jìn)步與文化教育的普遍覆蓋，我國(guó)大學(xué)生數(shù)量正在逐步上升。據(jù)《法制晚報(bào)》報(bào)道：我國(guó)第六次人口普查數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)具有大學(xué)（指大專以上）文化程度的人口近1.2億。同第五次全國(guó)人口普查相比，每10萬(wàn)人口中具有大學(xué)文化程度的由3611人上升為8930人，人數(shù)翻了一倍多。可得出在校大學(xué)生數(shù)量也遠(yuǎn)超以往。人數(shù)的激增，導(dǎo)致的一系列教育監(jiān)督問(wèn)題和資源利用問(wèn)題等也隨之而來(lái)。本文針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格考勤和響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召。

1 主要的問(wèn)題分析

1.1 教育監(jiān)督問(wèn)題

隨著在校大學(xué)生人數(shù)的增加，高校各個(gè)課程的學(xué)習(xí)人數(shù)也增加至幾十上百人，人為課堂考勤的時(shí)間增加，導(dǎo)致老師減少考勤次數(shù)從而無(wú)法關(guān)注每位學(xué)生的具體出勤情況。加之大學(xué)學(xué)習(xí)生活的自由性與高中激烈的競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)生強(qiáng)大的落差，致使學(xué)生產(chǎn)生長(zhǎng)期曠課、早退的普遍現(xiàn)象，學(xué)校的文化教育效果便受到了很大的沖擊。

1.2 能源耗費(fèi)問(wèn)題

在校大學(xué)生數(shù)量的增加，也促使了各高校新修教學(xué)樓以及新校區(qū)的修建，如此多的教學(xué)空間所涉及到的電能消耗是巨大的。教室的用電設(shè)備常常在無(wú)人的情況下也是使用狀態(tài)，通過(guò)對(duì)電能消耗的初略計(jì)算，數(shù)據(jù)表明，一個(gè)100瓦的燈泡熄滅一個(gè)小時(shí)，可以節(jié)約0.1度電，而節(jié)省0.1度電可以減少排放二氧化碳0.1千克，節(jié)省煤粉10克?，F(xiàn)在的教室一般有24盞日光燈，往往照明一天，可知僅僅是電燈照明，對(duì)不可再生能源的消耗以及二氧化碳的排放有著巨大的影響?，F(xiàn)在的燈光控制情況，多由人工進(jìn)行，如若將燈光的控制通過(guò)一定的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能化控制，那將極大的減少無(wú)人時(shí)能源的損耗，也避免了人工的反復(fù)檢查控制。

以上便是基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的設(shè)計(jì)初衷，在考勤的同時(shí)又達(dá)到了節(jié)約能源的效果。

2 裝置工作原理

系統(tǒng)整體框圖見(jiàn)圖1，燈控與考勤裝置以GSM模塊、RFID模塊、紅外感應(yīng)模塊為基礎(chǔ)，結(jié)合智能門(mén)禁技術(shù)、通信技術(shù)等信息科學(xué)技術(shù)給大學(xué)校園教室設(shè)計(jì)一款節(jié)能兼考勤的門(mén)禁裝置。

當(dāng)裝置通電初始化后，自動(dòng)讀取全校課表，通過(guò)時(shí)間點(diǎn)來(lái)判斷現(xiàn)在是否是上課時(shí)間。若是上課時(shí)間，自動(dòng)調(diào)整為考勤模式，并記錄此間進(jìn)入教室的ID，與該課對(duì)應(yīng)班級(jí)學(xué)生的ID進(jìn)行匹配記錄，記錄下遲到，曠課的ID。當(dāng)有學(xué)生通過(guò)RFID刷卡進(jìn)出教室時(shí)，MCU記錄進(jìn)出時(shí)間節(jié)點(diǎn)，通過(guò)時(shí)長(zhǎng)判斷是否為早退行為，下課后，通過(guò)GSM短信將曠課、遲到、早退的同學(xué)名單發(fā)送至任課老師手機(jī)上。若MCU判斷此時(shí)間后一段時(shí)間不是上課時(shí)間，則調(diào)整為自習(xí)計(jì)時(shí)模式即記錄學(xué)生自主上自習(xí)的時(shí)間，將總時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行排名。當(dāng)學(xué)生刷卡退出教室后，通過(guò)GSM短信將該同學(xué)的自習(xí)時(shí)長(zhǎng)發(fā)送至其手機(jī)上。

MCU會(huì)記錄刷卡進(jìn)，與刷卡出的人數(shù)，在MCU記錄的同時(shí)，紅外感應(yīng)裝置也在進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了防止有同學(xué)未刷卡而離開(kāi)，若紅外與MCU記錄的數(shù)據(jù)不同時(shí)，則以紅外線計(jì)數(shù)為準(zhǔn)做出調(diào)整，判斷該同學(xué)是否為最后一位刷卡出教室的人。當(dāng)MCU判斷出現(xiàn)在刷卡的是最后一位出教室的同學(xué)，語(yǔ)音提示“請(qǐng)關(guān)燈”，若未關(guān)燈，則MCU發(fā)出指令進(jìn)行延時(shí)熄滅燈光。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3 各部分設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

燈控與考勤裝置可分為門(mén)禁刷卡系統(tǒng)、紅外檢測(cè)部分、以及燈控部分這三大部分。硬件結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2。

門(mén)禁刷卡系統(tǒng)包含了MCU主控單片機(jī)、RFID、GSM以及語(yǔ)音模塊。MCU主控為該設(shè)計(jì)的核心，是該設(shè)計(jì)的大腦，所有的控制指令以及判斷都是由MCU來(lái)進(jìn)行。紅外檢測(cè)部分進(jìn)行信號(hào)的采集，發(fā)送到MCU，是MCU進(jìn)行計(jì)數(shù)和判斷的依據(jù)。燈控部分由繼電器構(gòu)成，是由MCU發(fā)出指令進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)電路的實(shí)時(shí)通斷，從而達(dá)到燈光控制的效果。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電初始化后再開(kāi)放所有的中斷，隨即讀取課表信息并判斷當(dāng)前教室是否處于上課時(shí)間，若上課時(shí)間，則進(jìn)行考勤模式。反之則是無(wú)課時(shí)間，則進(jìn)行室自習(xí)計(jì)時(shí)模式，并實(shí)時(shí)判斷進(jìn)出人數(shù)是否滿足斷電要求。軟件結(jié)構(gòu)流程圖見(jiàn)圖3。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖3 軟件結(jié)構(gòu)流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

隨著大學(xué)生素質(zhì)教育難度的不斷增加，世界能源的不斷匱乏，以及智能化，現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，更加促使了監(jiān)督與控制體系的全面性和科學(xué)性，讓建立一套完整的智能教室考勤與燈控系統(tǒng)成為必然。在物質(zhì)生活富裕的當(dāng)代，提倡高素質(zhì)、有文化、有內(nèi)涵的教育理念下，讓基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的市場(chǎng)需求性提供了前提。同時(shí)該裝置成本低，有很好的通用性，具有一定的推廣價(jià)值。

[1]葉祝頤；理性看待大學(xué)生數(shù)量翻倍；《教育與職業(yè)》；2011年28期

[2]百度百科；STM32

[3]王仲旭.RFID讀寫(xiě)器通信性能測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué).2009

[4]吳亦甫.射頻識(shí)別_RFID_技術(shù)分析及其應(yīng)用研究[D].西南石油大學(xué).2011

[5]孫曄等.RFID射頻識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用[J].電大理工.2009

[6]《酒店電能消耗特點(diǎn)及節(jié)能建議》作者：李士雙《建筑電氣》,2015(8):10-16

[7]《紅外探測(cè)儀在防滅火中的應(yīng)用》作者:陳振永,張吉林,周軍民《Zhongzhou Coal》,2004(4):59-59

[8]GSM短信息智能控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).周光彬,曾孝平-《微計(jì)算機(jī)信息》-2007

[9]基于GSM網(wǎng)絡(luò)的短信控制與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).劉詩(shī)雨,孫佳勝,王程-《數(shù)字化用戶》-2013

[10]基于GSM的短信控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).張魯,許春磊-《中國(guó)科技信息》-2006

張里，1979—，男，實(shí)驗(yàn)師，計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)碩士。從2001至今在重慶理工大學(xué)工作，長(zhǎng)期從事電子信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制教學(xué)和研究工作，有著多年的控制算法理論，具有較強(qiáng)的工程項(xiàng)目研究經(jīng)歷，參與了多項(xiàng)智能控制系統(tǒng)項(xiàng)目研究。

2016年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，重慶市級(jí)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目《基于GSM、RFID、紅外技術(shù)的教室智能燈控與考勤裝置》。