基于STM32的智能自習室系統設計

劉天宇 郭欣平 韓濤

摘 要：本項目的研究背景是根據各個高校的自習室使用情況，自習室資源分配不合理現象普遍存在于全國各大高校，自習室的少數人占用整個教室，從而造成了大量的資源浪費，積少成多，將為學校增加不必要的經濟負擔。目前，圖書館智能占座系統在部分高校已經開始運用，但智能自習室系統幾乎處于空缺狀態。

本項目的目的是為了更有效的利用自習室的資源，體現出節能環保的特點，同時，也讓同學體會到尋找自習室的便利。根據查閱資料可知當代大學教室大多有空調，白熾燈以及風扇。且學生自習時間大致為早上8點-11點，下午1點-5點，晚上6點-9點。那么倘若在這個時間段空調無間歇的工作，智能自習室系統可根據溫度來控制空調的開關，從而節約能源，也使得自習室安排更加簡便化、人性化和智能化。

關鍵詞：自習室;智能;資源節約;

引? ? 言

自習室占座現象是長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，就會出現一種怪異現象：明明課余時間自習室學習的人數并不多，但后來者想找個合適的座位卻很難，只好離開。有的同學在被占的座位上學習，“主人”來后理直氣壯地讓其離開，騰出座位，對方不肯，動輒引起沖突，乃至拳腳相加，破壞了自習室學習環境。而智能自習室則可以有效解決這一問題，使得在自習室學習變成一種享受。

1 緒論

1.1 現狀

大學生自學時間逐漸增多，考研和對其他課程的研究導致學生大多時間均以圖書館自習為主。部分學生在自習室占座，便于自己學習，為同學占座，他們互相幫助，結成同盟。占座后因同學沒來，而使座位空著，卻不讓別人坐。為此，學生之間因占座時常發生口角，甚至導致一些嚴重后果。一些沒有座位的讀者對管理人員抱怨，認為圖書館工作人員管理不力，使圖書館的服務工作處于相當困難的境地。

1.2 存在的問題及對策

針對自習室種種情況，根據在圖書館自習室多天的切身體會和感受，結合實際試從以下幾個方面對圖書館學生占座行為進行剖析，并提出幾項治理措施和對策：

1.通過教室內安裝的攝像頭，精確測出教室內人數。

2.教室內安裝麥克風，測得教室安靜程度。

3.主單片機將從各模塊接收的數據進行處理。

4.主單片機控制通信模塊將測得數據分別傳給，控制LCD的單片機，以及云端。

5.儲存卡記錄教室使用日志信息，及錄像數據。

5.LCD顯示教室內人數，及使用情況。

6.各個教室云端數據推送至終端（公眾號或小程序）。

2 系統整體方案設計

2.1 系統設計

攝像頭采集信息，統計人數，偵測異常，麥克風采集聲音，來判斷自習室的環境噪聲，兩者都可以實時對自習室進行監控，并把采集到的信息傳給主控制器，采用自行算法進行運算，存儲在存儲卡里，然后通過無線通訊上傳到云端服務器，并把信息智能推送給客戶，客戶可以通過微信公眾號或小程序進行查看，學生也可以通過從控制器控制的LCD端查看自習室的座位情況以及狀態，從而根據自己的需求選擇自習室。

2.2 單片機模塊

單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），它最早是被用在工業控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。

2.3 無線通訊模塊

無線通訊模塊是基于GPRS網絡研發的數據通訊產品，多安裝在監控子站。監控子站現場設備通過GPRS模塊和監控中心互聯，遠程傳輸數據，實現監控子站與監控中心的通信。

2.4 顯示模塊

顯示模塊是用來顯示采集到的數據，信息以及一些功能反饋。

2.5 采集存儲模塊

采集存儲模塊是通過外部傳感器，把外界信號（例如聲音，圖像）傳送給單片機，進行運算，并存儲在存儲卡中。

3 系統整體方案與硬件設計

3.1 單片機選擇

STM32是基于ARM Cortex M處理器內核的32位閃存微控制器，它融合高性能、實時性、數字信號處理、低功耗、低電壓于一身，同時保持高集成度和開發簡易的特點。業內最強大的產品陣容，基于工業標準的處理器，大量的軟硬件開發工具，讓STM32單片機成為各類中小項目和完整平臺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，模塊內必須有AT的固件，每個模塊的生產廠商都會對官方的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。該模塊支持標準的IEEE802.11 b/g/n 協議，完整的TCP/IP協議棧。用戶可以使用該模塊為現有的設備添加聯網功能，也可以構建獨立的網絡控制器。

3.3 顯示模塊選擇

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

LCD的構造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設置彩色濾光片，通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。

3.4 采集存儲模塊選擇

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種基于半導體快閃記憶器的記憶設備，由于它體積小、數據傳輸速度快、可熱插拔等優良特性，被廣泛地應用于便攜式裝置上。

麥克風把外界的聲音采集到，并傳給單片機，進行處理，從而進行判斷。

攝像頭進行實時監控，偵測異常，可有效達到監控要求。

3.5 電源電路設計

供電電路是整個系統的核心部分，所以設計一個合適的電源是非常重要的，本設計中為3.3V，5V，12V，24V供電（整流后）。分別選擇的穩壓電源為AMS1117-3.3V，LM7805，LM7812，LM2596。220V的交流電經過降壓整流，低頻濾波、高頻濾波之后輸出穩定直流電壓作為系統的工作電源。

4 結 論

本項目的研究背景是根據各個高校的自習室使用情況，全國各大高校都有著自習室資源分配不合理的現象，自習室的一部分人占用整個教室，從而造成了大量的資源浪費，不僅影響別人的學習，還為學校增加不必要的經濟負擔。

智能自習室系統不僅人性化、智能化，還為圖書館的管理人員和在校學生提供了便捷，在最大程度上節約資源，有效利用資源，實現資源利用最大化。使得學生在自習室自修學習，不用搶座位，大家一起文明自習。

參考文獻：

[1]智能照明系統專利申請發展現狀及趨勢[J]. 寧善慶，亢榮，吳平.? 電器工業. 2018（12）

[2]基于單片機的教室智能照明系統的仿真設計[J]. 徐亮，劉勇，張瀟楊.? 儀器儀表用戶. 2018（12）

[3]高校自習室座位管理系統的開發[J]. 魏倩，刁振峰，馬寶琳，呂明茹.? 科技資訊. 2017（16）