基于STM32的智能自習(xí)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉天宇　郭欣平　韓濤

摘 要：本項(xiàng)目的研究背景是根據(jù)各個(gè)高校的自習(xí)室使用情況，自習(xí)室資源分配不合理現(xiàn)象普遍存在于全國(guó)各大高校，自習(xí)室的少數(shù)人占用整個(gè)教室，從而造成了大量的資源浪費(fèi)，積少成多，將為學(xué)校增加不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前，圖書館智能占座系統(tǒng)在部分高校已經(jīng)開始運(yùn)用，但智能自習(xí)室系統(tǒng)幾乎處于空缺狀態(tài)。

本項(xiàng)目的目的是為了更有效的利用自習(xí)室的資源，體現(xiàn)出節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，同時(shí)，也讓同學(xué)體會(huì)到尋找自習(xí)室的便利。根據(jù)查閱資料可知當(dāng)代大學(xué)教室大多有空調(diào)，白熾燈以及風(fēng)扇。且學(xué)生自習(xí)時(shí)間大致為早上8點(diǎn)-11點(diǎn)，下午1點(diǎn)-5點(diǎn)，晚上6點(diǎn)-9點(diǎn)。那么倘若在這個(gè)時(shí)間段空調(diào)無間歇的工作，智能自習(xí)室系統(tǒng)可根據(jù)溫度來控制空調(diào)的開關(guān)，從而節(jié)約能源，也使得自習(xí)室安排更加簡(jiǎn)便化、人性化和智能化。

關(guān)鍵詞：自習(xí)室;智能;資源節(jié)約;

引? ? 言

自習(xí)室占座現(xiàn)象是長(zhǎng)期困擾圖書館的一大難題。為此，圖書館盡管采取了一些整治措施，但未能從根本上解決問題，反而愈演愈烈。有的學(xué)生占座后并不用，而是害怕被別人占走;有的在座位上放置一些書物以示該座位有主;甚而在座位上貼有“有人”字條。于是，就會(huì)出現(xiàn)一種怪異現(xiàn)象：明明課余時(shí)間自習(xí)室學(xué)習(xí)的人數(shù)并不多，但后來者想找個(gè)合適的座位卻很難，只好離開。有的同學(xué)在被占的座位上學(xué)習(xí)，“主人”來后理直氣壯地讓其離開，騰出座位，對(duì)方不肯，動(dòng)輒引起沖突，乃至拳腳相加，破壞了自習(xí)室學(xué)習(xí)環(huán)境。而智能自習(xí)室則可以有效解決這一問題，使得在自習(xí)室學(xué)習(xí)變成一種享受。

1 緒論

1.1 現(xiàn)狀

大學(xué)生自學(xué)時(shí)間逐漸增多，考研和對(duì)其他課程的研究導(dǎo)致學(xué)生大多時(shí)間均以圖書館自習(xí)為主。部分學(xué)生在自習(xí)室占座，便于自己學(xué)習(xí)，為同學(xué)占座，他們互相幫助，結(jié)成同盟。占座后因同學(xué)沒來，而使座位空著，卻不讓別人坐。為此，學(xué)生之間因占座時(shí)常發(fā)生口角，甚至導(dǎo)致一些嚴(yán)重后果。一些沒有座位的讀者對(duì)管理人員抱怨，認(rèn)為圖書館工作人員管理不力，使圖書館的服務(wù)工作處于相當(dāng)困難的境地。

1.2 存在的問題及對(duì)策

針對(duì)自習(xí)室種種情況，根據(jù)在圖書館自習(xí)室多天的切身體會(huì)和感受，結(jié)合實(shí)際試從以下幾個(gè)方面對(duì)圖書館學(xué)生占座行為進(jìn)行剖析，并提出幾項(xiàng)治理措施和對(duì)策：

1.通過教室內(nèi)安裝的攝像頭，精確測(cè)出教室內(nèi)人數(shù)。

2.教室內(nèi)安裝麥克風(fēng)，測(cè)得教室安靜程度。

3.主單片機(jī)將從各模塊接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

4.主單片機(jī)控制通信模塊將測(cè)得數(shù)據(jù)分別傳給，控制LCD的單片機(jī)，以及云端。

5.儲(chǔ)存卡記錄教室使用日志信息，及錄像數(shù)據(jù)。

5.LCD顯示教室內(nèi)人數(shù)，及使用情況。

6.各個(gè)教室云端數(shù)據(jù)推送至終端（公眾號(hào)或小程序）。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

攝像頭采集信息，統(tǒng)計(jì)人數(shù)，偵測(cè)異常，麥克風(fēng)采集聲音，來判斷自習(xí)室的環(huán)境噪聲，兩者都可以實(shí)時(shí)對(duì)自習(xí)室進(jìn)行監(jiān)控，并把采集到的信息傳給主控制器，采用自行算法進(jìn)行運(yùn)算，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡里，然后通過無線通訊上傳到云端服務(wù)器，并把信息智能推送給客戶，客戶可以通過微信公眾號(hào)或小程序進(jìn)行查看，學(xué)生也可以通過從控制器控制的LCD端查看自習(xí)室的座位情況以及狀態(tài)，從而根據(jù)自己的需求選擇自習(xí)室。

2.2 單片機(jī)模塊

單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。

2.3 無線通訊模塊

無線通訊模塊是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的數(shù)據(jù)通訊產(chǎn)品，多安裝在監(jiān)控子站。監(jiān)控子站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過GPRS模塊和監(jiān)控中心互聯(lián)，遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控子站與監(jiān)控中心的通信。

2.4 顯示模塊

顯示模塊是用來顯示采集到的數(shù)據(jù)，信息以及一些功能反饋。

2.5 采集存儲(chǔ)模塊

采集存儲(chǔ)模塊是通過外部傳感器，把外界信號(hào)（例如聲音，圖像）傳送給單片機(jī)，進(jìn)行運(yùn)算，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡中。

3 系統(tǒng)整體方案與硬件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)選擇

STM32是基于ARM Cortex M處理器內(nèi)核的32位閃存微控制器，它融合高性能、實(shí)時(shí)性、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗、低電壓于一身，同時(shí)保持高集成度和開發(fā)簡(jiǎn)易的特點(diǎn)。業(yè)內(nèi)最強(qiáng)大的產(chǎn)品陣容，基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的處理器，大量的軟硬件開發(fā)工具，讓STM32單片機(jī)成為各類中小項(xiàng)目和完整平臺(tái)解決方案的理想選擇。

3.2 無線通訊模塊選擇

使用AT功能之前，模塊內(nèi)必須有AT的固件，每個(gè)模塊的生產(chǎn)廠商都會(huì)對(duì)官方的AT固件做一些修改和刪減，但是其最核心的AT指令功能都是相同的。我們買的ESP8826模塊一般都有刷好的固件，所以不用自己刷固件。該模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.11 b/g/n 協(xié)議，完整的TCP/IP協(xié)議棧。用戶可以使用該模塊為現(xiàn)有的設(shè)備添加聯(lián)網(wǎng)功能，也可以構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制器。

3.3 顯示模塊選擇

LCD （ Liquid crystal Display 的簡(jiǎn)稱）液晶顯示器。

LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過TFT上的信號(hào)與電壓改變來控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而達(dá)到控制每個(gè)像素點(diǎn)偏振光出射與否而達(dá)到顯示目的。

3.4 采集存儲(chǔ)模塊選擇

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的記憶設(shè)備，由于它體積小、數(shù)據(jù)傳輸速度快、可熱插拔等優(yōu)良特性，被廣泛地應(yīng)用于便攜式裝置上。

麥克風(fēng)把外界的聲音采集到，并傳給單片機(jī)，進(jìn)行處理，從而進(jìn)行判斷。

攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，偵測(cè)異常，可有效達(dá)到監(jiān)控要求。

3.5 電源電路設(shè)計(jì)

供電電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，所以設(shè)計(jì)一個(gè)合適的電源是非常重要的，本設(shè)計(jì)中為3.3V，5V，12V，24V供電（整流后）。分別選擇的穩(wěn)壓電源為AMS1117-3.3V，LM7805，LM7812，LM2596。220V的交流電經(jīng)過降壓整流，低頻濾波、高頻濾波之后輸出穩(wěn)定直流電壓作為系統(tǒng)的工作電源。

4 結(jié) 論

本項(xiàng)目的研究背景是根據(jù)各個(gè)高校的自習(xí)室使用情況，全國(guó)各大高校都有著自習(xí)室資源分配不合理的現(xiàn)象，自習(xí)室的一部分人占用整個(gè)教室，從而造成了大量的資源浪費(fèi)，不僅影響別人的學(xué)習(xí)，還為學(xué)校增加不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

智能自習(xí)室系統(tǒng)不僅人性化、智能化，還為圖書館的管理人員和在校學(xué)生提供了便捷，在最大程度上節(jié)約資源，有效利用資源，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。使得學(xué)生在自習(xí)室自修學(xué)習(xí)，不用搶座位，大家一起文明自習(xí)。

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（北華大學(xué)? 吉林? 132021）