基于全自動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的教室能源優(yōu)化及場(chǎng)地配置可視化信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

譚烈埔 陳偉杰 歐婉璇 李建偉

【摘 要】基于全自動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的教室能源優(yōu)化及場(chǎng)地配置可視化信息系統(tǒng)在幫助學(xué)生通過(guò)安卓手機(jī)APP快速找到空教室自習(xí)、智能控制教室燈泡、統(tǒng)計(jì)教室人員數(shù)目等方面作用顯著，具備實(shí)用性及廣泛性特點(diǎn)。本文從剖析整體設(shè)計(jì)方案出發(fā)，分析了硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】安卓APP；智能控制教室；統(tǒng)計(jì)教室人員

中圖分類號(hào)： U666.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0186-002

【Abstract】Based on the fully automatic statistics of classroom energy optimization and site configuration visualization information system to help students quickly find empty classroom through Android mobile APP self-study，intelligent control of classroom bulbs，statistical classroom staff number plays a significant role，with practicality and extensive Features.Based on the analysis of the overall design scheme，this paper analyzes the hardware design and software design.

【Key words】Android APP；Intelligent control classroom；Statistical classroom staff

教室是學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的一個(gè)場(chǎng)所之一，高校的教室不同于初高中的教室，每個(gè)學(xué)生都有自己固定的位置。高校的教室資源是一個(gè)公共資源，基于全自動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的教室能源優(yōu)化及場(chǎng)地配置可視化信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為教室系統(tǒng)）可以有效的管理教室資源。教室系統(tǒng)把教室的座位資源以可視化的形式展示給學(xué)生，方便學(xué)生直接找到適合學(xué)習(xí)的教室。教室系統(tǒng)根據(jù)教室學(xué)生的人數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室燈光開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制，達(dá)到對(duì)電力資源經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，最大限度地充分利用和節(jié)約電力資源。

1 整體設(shè)計(jì)方案

基于全自動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的教室能源優(yōu)化及場(chǎng)地配置可視化信息系統(tǒng)主要組成模塊包括五個(gè)，即數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器無(wú)線組網(wǎng)模塊、服務(wù)器數(shù)據(jù)處理模塊、安卓APP模塊、智能控制模塊。通過(guò)兩對(duì)紅外對(duì)射器檢測(cè)人員的進(jìn)出情況并進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，把采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)地通過(guò)無(wú)線傳感器傳輸給服務(wù)器，防止下位機(jī)突然掉電使數(shù)據(jù)丟失。服務(wù)器負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理并儲(chǔ)存。服務(wù)器能響應(yīng)安卓手機(jī)APP的請(qǐng)求，讓學(xué)生可以在手機(jī)APP上查看教室的人數(shù)情況。下位機(jī)根據(jù)教室里的人數(shù)與室外的自然光強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)控制教室燈泡的亮滅，以達(dá)到充分利用和節(jié)約電力資源的目的。該系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

基于全自動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的教室能源優(yōu)化及場(chǎng)地配置可視化信息系統(tǒng)可分為硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊、智能控制模塊的元器件選取與電路的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器無(wú)線組網(wǎng)模塊、服務(wù)器數(shù)據(jù)處理模塊、安卓APP模塊、智能控制模塊的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中有兩個(gè)數(shù)據(jù)是需要采集的，一是環(huán)境光的數(shù)據(jù)采集，這部分使用的傳感器是CJMCU-TEMT6000環(huán)境光傳感器。該傳感器的最高靈敏度為 570nm，其具有±60°的較寬半靈敏度角度。盡管該器件對(duì)環(huán)境光非常敏感，但它可抑制紅外線 （IR） 光譜，從而可提供類似“人眼”的更高可見(jiàn)光譜響應(yīng)性。二是人員進(jìn)出情況的數(shù)據(jù)采集，這部分使用了兩對(duì)紅外對(duì)射器分別是A和B進(jìn)行采集。將兩對(duì)紅外對(duì)射器的發(fā)射器與接收器對(duì)準(zhǔn)分別安裝在門的兩側(cè)，使其能被人體切割紅外線。

（2）數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊主要是把各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)傳輸給主節(jié)點(diǎn)，再由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送給服務(wù)器。節(jié)點(diǎn)間的傳輸使用的是NRF24L01模塊，該模塊具有調(diào)試簡(jiǎn)便、通信距離長(zhǎng)、傳輸速率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器間的通信使用的是ESP8266 WIFI模塊，ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透?jìng)髂K，擁有業(yè)內(nèi)極富競(jìng)爭(zhēng)力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

（3）智能控制模塊的設(shè)計(jì)。智能控制模塊主要是由繼電器來(lái)控制教室燈泡的開(kāi)關(guān)電路。繼電器的開(kāi)關(guān)是由教室內(nèi)的人數(shù)和室外環(huán)境光的亮度來(lái)共同控制的。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊的軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的主芯片選用STM32F103RCT6單片機(jī)，開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用KEIL MDK5，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用C語(yǔ)言。環(huán)境光的數(shù)據(jù)采集使用的是片內(nèi)的AD。人員進(jìn)出情況的數(shù)據(jù)采集原理是：當(dāng)有人進(jìn)入教室時(shí)，先切割門外側(cè)的紅外線，觸發(fā)紅外對(duì)射器A。后切割門內(nèi)側(cè)的紅外線，觸發(fā)紅外對(duì)射器B。此時(shí)教室內(nèi)人數(shù)加1。反之，則人數(shù)減1。

（2）服務(wù)器的設(shè)計(jì)。服務(wù)器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用的是VS，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用C#語(yǔ)言。服務(wù)器主要包括：數(shù)據(jù)通信接口、數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)、響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求。

（3）安卓APP的設(shè)計(jì)。安卓APP的開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用的是Android Studio，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用Java語(yǔ)言。安卓APP需要可以連接上遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信，可以把教室內(nèi)的人數(shù)與空位顯示在APP上。方便用戶查閱教室的使用情況。

3 總結(jié)

基于全自動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的教室能源優(yōu)化及場(chǎng)地配置可視化信息系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，成本低廉，且實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件的相對(duì)獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)與維護(hù)都很簡(jiǎn)易。實(shí)現(xiàn)了教室人員統(tǒng)計(jì)、智能控制教室燈泡、手機(jī)APP查詢空教室等功能。能有效的提高教室的管理水平，節(jié)約電力資源。

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