智能宿舍安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆麥家裕 吳家輝 倫文康

智能宿舍安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆麥家裕 吳家輝 倫文康

（湛江科技學(xué)院 廣東 524094）

針對(duì)中學(xué)生宿舍管理和學(xué)生住宿環(huán)境的缺陷，設(shè)計(jì)出一款智能宿舍安全管理系統(tǒng)。將智能家居的概念引入到學(xué)生宿舍中去，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器的軟硬件設(shè)備來(lái)改善宿舍環(huán)境。該系統(tǒng)選用STM32F103ZET6為主控芯片，通過(guò)ESP-8266建立無(wú)線通信，在系統(tǒng)終端上能實(shí)時(shí)查看整個(gè)宿舍的情況，并通過(guò)各類傳感器檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能家居式的宿舍管理，使宿舍生活更加舒適便利。當(dāng)宿舍環(huán)境出現(xiàn)異常狀況時(shí)，通過(guò)終端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)，并及時(shí)反饋給宿舍管理人員。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)終端控制、打卡檢測(cè)和宿舍防盜等功能，能夠很大程度保障學(xué)生的安全，給學(xué)生提供一個(gè)安全和智能化的住宿環(huán)境。

宿舍管理；STM32F103ZET6；終端控制；無(wú)線通信

1 引言

中學(xué)生宿舍是中學(xué)生長(zhǎng)期居住和生活的地方，宿舍管理的規(guī)范性、安全性和宿舍環(huán)境的舒適性極其重要，能夠直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的質(zhì)量。為了適應(yīng)學(xué)校的發(fā)展和滿足學(xué)生和家長(zhǎng)們的要求，設(shè)計(jì)出一個(gè)智能宿舍安全管理系統(tǒng)具有非常重要的意義。該系統(tǒng)有個(gè)能夠管理整個(gè)宿舍的終端控制，能夠提高宿舍管理部門(mén)的工作效率，方便宿舍管理部門(mén)的工作人員全面掌握學(xué)生的住宿情況，對(duì)減少學(xué)生宿舍管理的工作量和提高管理水平具有良好的效果。

2 系統(tǒng)功能描述

該智能宿舍安全管理系統(tǒng)能夠通過(guò)搭建管理網(wǎng)絡(luò)，一站式終端實(shí)現(xiàn)快捷管控，省去大量人力管理成本，通過(guò)ESP-8266的無(wú)線通信，宿舍管理人員在終端的LCD液晶顯示屏上可以實(shí)時(shí)顯示整棟宿舍樓的實(shí)際情況，也可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生出入宿舍的打卡情況。通過(guò)傳感器的檢測(cè)，能夠及時(shí)檢測(cè)各個(gè)宿舍的環(huán)境參數(shù)。打卡檢測(cè)和防盜裝置，能夠記錄學(xué)生出入的情況，進(jìn)而保障學(xué)生的安全。該系統(tǒng)功能框圖如圖1，系統(tǒng)其主要內(nèi)容如下。

（1）終端統(tǒng)一管理功能：可通過(guò)ESP-8266進(jìn)行終端與學(xué)生端無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)終端和各個(gè)宿舍端之間的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)宿舍內(nèi)發(fā)生異常時(shí)，宿舍端會(huì)及時(shí)吧異常信號(hào)反饋給終端。宿舍管理人員在進(jìn)行管理員ID卡身份驗(yàn)證后可以對(duì)各個(gè)宿舍進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的操作。

（2）終端顯示功能：終端上的LCD顯示屏可以查看各個(gè)宿舍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，并且能夠在終端上看到各個(gè)宿舍有無(wú)異常情況和違規(guī)行為等。終端顯示屏上還能夠顯示學(xué)生們的打卡情況，并能夠及時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)生出入的人數(shù)。

（3）安全防盜系統(tǒng)：學(xué)生端能夠通過(guò)從終端傳回來(lái)各個(gè)宿舍內(nèi)學(xué)生的打卡情況判斷宿舍內(nèi)的學(xué)生是否已經(jīng)全部離開(kāi)，當(dāng)系統(tǒng)確認(rèn)到宿舍內(nèi)人員已經(jīng)全部離開(kāi)后，會(huì)自動(dòng)鎖門(mén)。在正常上課期間和正常晚休期間宿舍會(huì)自動(dòng)鎖門(mén)，可通過(guò)宿舍管理人員控制終端從外部打開(kāi)宿舍門(mén)。宿舍內(nèi)更設(shè)有紅外人體傳感器，當(dāng)宿舍端確實(shí)宿舍內(nèi)的學(xué)生已經(jīng)全部離開(kāi)后，則會(huì)打開(kāi)人體紅外傳感器進(jìn)行防盜，若探測(cè)到宿舍內(nèi)有人活動(dòng)跡象，則立即通知宿舍管理人員前去查看。

（4）學(xué)生出入宿舍打卡管理：能夠以班級(jí)為單位記錄學(xué)生出入情況，學(xué)生早上上課前離開(kāi)宿舍、晚休門(mén)禁前返回宿舍和門(mén)禁期間出入宿舍都需要在宿舍門(mén)打卡確認(rèn)。在終端處，宿舍管理人員可以清晰確認(rèn)學(xué)生是否有按課時(shí)安排離開(kāi)、回到宿舍。系統(tǒng)借由一人一卡的打卡系統(tǒng)配合紅外人體檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確判斷學(xué)生打卡情況。

（5）智能家居式管理：在學(xué)生端上搭載了智能家居系統(tǒng)，傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)宿舍環(huán)境宿舍并將宿舍傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)負(fù)責(zé)處理傳感器數(shù)據(jù)并發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)至終端，終端可將數(shù)據(jù)保存在flash當(dāng)中。學(xué)生端可以通過(guò)搜集到的數(shù)據(jù)控制宿舍內(nèi)的智能設(shè)備。宿舍管理人員也可通過(guò)終端遠(yuǎn)程控制該智能家居系統(tǒng)。

（6）宿舍應(yīng)急按鈕：在每個(gè)宿舍內(nèi)會(huì)設(shè)置有一個(gè)緊急按鈕，當(dāng)有學(xué)生發(fā)生緊急狀況，并且需要緊急聯(lián)系宿舍管理人員時(shí)，可以通過(guò)宿舍應(yīng)急按鈕及時(shí)通知宿舍管理人員。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

3 智能宿舍安全管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STM32F103ZET6、ESP-8266進(jìn)行控制，STM32F103ZET6作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片，ESP-8266主要實(shí)現(xiàn)終端和客戶端之間的無(wú)線通信。

（1）STM32F103ZET6通過(guò)ESP-8266連接網(wǎng)絡(luò)再聯(lián)網(wǎng)到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的終端控制，客戶端也可以通過(guò)ESP-8266將數(shù)據(jù)傳回終端，并且能夠在終端的顯示屏上實(shí)時(shí)查看。

（2）RC522-IC卡感應(yīng)模塊用來(lái)進(jìn)行學(xué)生的打卡檢測(cè)，在RC522-IC卡感應(yīng)模塊附近會(huì)有紅外人體檢測(cè)裝置，當(dāng)學(xué)生打卡成功后，需要被人體紅外檢測(cè)裝置檢測(cè)到后，才能算打卡成功。該打卡裝置能夠及時(shí)將學(xué)生的打卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端，并能夠在終端的LCD屏上通過(guò)按鍵切換頁(yè)面進(jìn)行查看。通過(guò)提前在程序里“錄入”到每個(gè)學(xué)生卡內(nèi)獨(dú)特的“編號(hào)”，能夠識(shí)別該卡是否為符合條件的卡。

（3）使用繼電器模擬宿舍的門(mén)的開(kāi)關(guān)，該繼電器能夠通過(guò)接收終端中記錄的打卡數(shù)據(jù)，并且能夠通過(guò)判斷學(xué)生是否已經(jīng)離開(kāi)宿舍從而決定繼電器的狀態(tài)。

（4）在每個(gè)宿舍中有個(gè)緊急按鈕，通過(guò)客戶端和終端的網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)該按鍵被檢測(cè)到按下后，能夠在終端通過(guò)啟動(dòng)蜂鳴器對(duì)管理人員進(jìn)行提醒，該蜂鳴器可由宿舍管理人員通過(guò)按鍵手動(dòng)關(guān)閉。

（5）當(dāng)宿舍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或者檢測(cè)到火源后，火焰?zhèn)鞲衅鞴苣_間的阻抗變小，當(dāng)超過(guò)了電位器設(shè)置的閾值后，模塊上的D0指示燈會(huì)點(diǎn)亮，OUT引腳會(huì)由輸出高電平轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅碗娖剑?dāng)客戶端檢測(cè)到火焰?zhèn)鞲衅鞯腛UT口輸出低電平后，就會(huì)發(fā)出警報(bào)——通過(guò)ESP-8266發(fā)信息給終端，從而及時(shí)啟動(dòng)終端處的蜂鳴器并且通知宿管人員前去查看。

（6）當(dāng)宿舍的煙霧濃度超過(guò)MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊設(shè)置的閾值后，MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊的DOUT輸出低電平，并且模塊上的LED燈報(bào)警。當(dāng)客戶端檢測(cè)到MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊的DOUT輸出低電平時(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。

（7）溫濕度傳感器和光敏電阻傳感器能夠檢測(cè)宿舍內(nèi)的溫度、濕度和光線的大小等參數(shù)，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換保存在客戶端中，在客戶端上可以實(shí)時(shí)看到由溫度、濕度和光線大小等數(shù)據(jù)，環(huán)境參數(shù)通過(guò)客戶端進(jìn)行處理后，根據(jù)不同情況對(duì)宿舍內(nèi)的智能設(shè)備進(jìn)行控制。

（8）當(dāng)檢測(cè)到宿舍內(nèi)的學(xué)生全部離開(kāi)后，會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟防盜系統(tǒng)，宿舍會(huì)自動(dòng)鎖門(mén)，并且會(huì)打開(kāi)宿舍內(nèi)的紅外人體傳感器，若在宿舍無(wú)人的情況下，有人進(jìn)入了人體紅外傳感器的感應(yīng)范圍后，該人體紅外傳感器則會(huì)輸出高電平，當(dāng)人離開(kāi)反應(yīng)范圍后則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，并且輸出低電平，當(dāng)客戶端檢測(cè)到發(fā)生電平變化后，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。

（9）終端將學(xué)生端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到flash當(dāng)中，當(dāng)宿舍管理人員需要查看學(xué)生端數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)從flash中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，各個(gè)學(xué)校都在利用信息化技術(shù)來(lái)提高學(xué)校的管理水平，智能化管理也是現(xiàn)代宿舍管理信息的必然趨勢(shì)之一。該系統(tǒng)在一旦運(yùn)用到各中學(xué)宿舍中，能夠提高大部分學(xué)校的管理水平，能夠給學(xué)生提供一個(gè)更舒適的住宿環(huán)境，也能夠?yàn)樵搶W(xué)校招生方面提供一個(gè)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而吸引更多好的生源。擁有一個(gè)更智能、更安全的學(xué)生宿舍，無(wú)論是對(duì)于學(xué)生還是學(xué)生的父母而言都是很重要的。

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湛江科技學(xué)院2021年院級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目“智能宿舍安全管理系統(tǒng)”（編號(hào)：2021ZKYDCA10）