基于物联网技术的高校智能宿舍系统的设计与开发

作者：卢喜利　周月鹏

来源：《电脑知识与技术》2018年第27期

        摘要：针对目前智能宿舍的现状，本文提出营造更加安全、舒适的宿舍环境，提出基于树莓派和STCC52RC单片机的智能宿舍管理系统的设计。系统利用树莓派搭载服务，与NFC门禁相结合，克服了传统的智能宿舍系统中必须用PC机做服务器。采用STCC52RC单片机作为系统的主控芯片，配合温度、湿度、光照、火焰、气体等传感器，实现宿舍环境的舒适、安全和智能控制。

        关键词：智能宿舍；树莓派电脑；门禁管理；DHT11；STCC52RC

        中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）27-0044-03

        Design and Development of Intelligent Dormitory System in Universities Based on Internet of things technology

        LU Xi-li， ZHOU Yue-peng

        （School of Information Science and Engineering， Shaoguan University， Shaoguan 512005， China）

        Abstract： In view of the present situation of intelligent dormitory， we propose a safer and more comfortable dormitory environment. We used raspberry pie and STCC52RC single chip microcomputer to design the intelligent dormitory management system. The raspberry was used to park service and combined with NFC entrance guard to overcome the traditional smart home system which must use PC as server. The STCC52RC microcontroller is used as the main control chip of the system， and temperature， humidity， light， flame， gas and other sensors are used to realize the comfortable， safe and intelligent control of the dormitory environment.

        Key words： intelligent dormitory ； raspberry pi； access control ； DHT11； STCC52RC

        随着物联网技术的不断发展，智慧城市、智能家居、智慧校园的建设也在如火如荼地进行。本文结合物联网发展过程中相关的技术，应用到智慧校园的建设过程中，将学生宿舍打造成舒适、安全的集体空间，该系统可以对学生宿舍实现智能开门、温湿度查看、PM2.5监控和火灾的监控，如有火情可迅速进行报警，实现了对学生宿舍的安全、实时监控，打造高校智能、安全、舒适的学生宿舍环境。

        1 系统总体设计

        在校学生可以通过智能设备实时对宿舍各项参数进行监控，能随时随地处理门铃请求，实时传输门禁图像，接收报警通知。当接收到推送的门铃服务时，根据传送过来按门铃的人的照片信息，确定是否开门；可以实时查看宿舍温度、湿度；如果宿舍中PM2.5超标，通过App打开排气扇进行换气处理；当接到App推送的火警信息后，可以一键报警，保证最短时间内完成报警任务，有效提升宿舍的安全性与智能性。系统总体结构框图如图1所示。

        2 系统硬件设计

        智能宿舍监控系统包括了门禁管理模块、温湿度模块、PM2.5模块、火焰烟雾监测模块、数据采集和分析模块、数据通信模块以及PC机等[1]。

        2.1 门禁管理模块

        门禁管理模块主要通过手机App连接JAVA Web后台程序，通过树莓派接口对传感器数据进行监听，当确认需要开门时，则通过接口控制电机进行开门操作。成功注册的在校学生，在管理员处进行登记，并获得自己的门禁卡后，就能正常使用App，其中有移动门铃这项功能。用户需要在设置中开启“门铃推送”选项，只要用户打开了手机并连接上互联网（用户无需启动App），只要有访客按下了相应的门铃按钮，Java Web后台就会推送到手机端。用户可以像打电话一样，查看推送的图片（来电大头贴），选择开门或者不开门。门禁管理模块结构如图2所示：

        2.2 温度、湿度模块

        DHT11 数字温湿度传感器是一款具备已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保了产品具有极高的可靠性与优异的长期稳定性[2]。DHT11相关电路，如图3所示：

        DHT11数字温湿度传感器包含ntc测温元件和抗干扰能力强的电阻式感湿元件。它采用单总线数据格式，里面的data信号用于微处理和DHT11之间的通信与同步，一次通信时间4ms左右。数据部分可以划分为2个部分，它们都是由整数部分和小数部分组成。一个40位完整的数据，由高位首先进行输出。该40位的数据格式为：8位湿度整数数据，8位湿度小数数据，8位温度整数数据，8位温度小数数据，8位校验位。

        2.3 PM2.5模块

        PM2.5传感器用来感应空气中的尘埃颗粒，传感器模块主要有光电晶体管和发光二极管组成。光电晶体管可以探测尘埃的反射光，发光二极管射出的光碰到尘埃颗粒后发生反射，根据探测到的反射光的强度，判断出空气中尘埃颗粒的浓度。PM2.5模块如图4所示。

        2.4 STCC52RC单片机

        STCC52RC单片机是由STC公司生产的运行功耗低、具有较高性能的CMOS 8位微型控制器芯片，它拥有8K字节系统可编程的Flash存储器，STC公司生产的STCC52RC使用的是被大众广泛采用的MCS-51内核，但在原本MCS-51的基础上改进了许多的不足，这样就使得了这款微型处理器芯片比传统的51单片机多了些没有具备的功能[3-4]。STCC52RC内部结构框图如图5所示：

        3 系统软件设计

        智能宿舍系统的设计结合目前广泛应用的NFC门禁系统进行设计，该系统的设计过程包括软件和硬件设计两个部分，其中硬件部分设计通过NFC门禁实现，软件部分通过Java Web后台结合Android App客户端进行开发。Java Web实现数据的收集、分析和记录门禁数据。Android客户端可以对门禁数据进行查看，完成用户的注册、移动门铃和报警等功能。

        UI（User Interface）层泛指软件的操作界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介。好的UI设计不仅是指界面是否美观，是否有个性有品味，而且还要看软件的操作是否舒适、简单、自由。本系统在开发过程中参考腾讯公司的微信界面进行设计，实现对宿舍的数据进行查看和。

        1） 学生用户界面

        图6为学生用户界面。

        学生用户界面由主页，历史和设置三个界面组成。主页中可以看到实时画面，历史界面可以查看个人出入记录，门铃记录，报警记录以及温湿度，亮度等记录。设置界面可以进行个人资料，门铃推送和报警推送的设置。

        2） 管理员主界面

        管理员主界面有建筑管理，楼层管理，房间管理，用户管理和按键密码开门五个模块。建筑、楼层、房间与用户管理都只能由管理员的侧拉菜单进入，功能类似，都是实现对建筑、楼层、房间与用户的增删改查。

        4 结论

        本文中系统设计除了考虑安全、便捷，同时考虑了宿舍环境的舒适和智能控制。通过树莓派电脑和STCC52RC单片机，结合一系列的传感器和无线设备，实现了对学生宿舍的智能管理和控制，给广大高校学生提供平安、舒适的休息空间。

        参考文献：

        [1] 陈爱武，郭丙琴.基于LabVIEW学生宿舍智能监控系统研究[J]. 现代电子技术，2013（8）.

        [2] 吕强，刘玉华，刘志军，等.基于Zigbee技术的无线温湿度检测终端设计[J].科学技术与工程， 2008（7）.

        [3] 郝光健.基于LabVIEW和单片机的室内环境监测预警系统的设计[D].泰安：山东农业大学，2014.

        [4] 戴杉虎.基于STCC52RC单片机的罩杯定型机系统设计[J].机电工程技术，2018（8）.

        [通联编辑：梁书]