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

譚烈埔 陳偉杰 歐婉璇 李建偉

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

【關(guān)鍵詞】安卓APP；智能控制教室；統(tǒng)計教室人員

中圖分類號： U666.15 文獻標識碼： A 文章編號： 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

教室是學生學習最重要的一個場所之一，高校的教室不同于初高中的教室，每個學生都有自己固定的位置。高校的教室資源是一個公共資源，基于全自動人數(shù)統(tǒng)計的教室能源優(yōu)化及場地配置可視化信息系統(tǒng)（簡稱為教室系統(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生，方便學生直接找到適合學習的教室。教室系統(tǒng)根據(jù)教室學生的人數(shù)，實現(xiàn)對教室燈光開關(guān)的自動控制，達到對電力資源經(jīng)濟運行，最大限度地充分利用和節(jié)約電力資源。

1 整體設(shè)計方案

基于全自動人數(shù)統(tǒng)計的教室能源優(yōu)化及場地配置可視化信息系統(tǒng)主要組成模塊包括五個，即數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器無線組網(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。通過兩對紅外對射器檢測人員的進出情況并進行數(shù)據(jù)的采集，把采集到的數(shù)據(jù)及時地通過無線傳感器傳輸給服務(wù)器，防止下位機突然掉電使數(shù)據(jù)丟失。服務(wù)器負責把數(shù)據(jù)進行綜合處理并儲存。服務(wù)器能響應(yīng)安卓手機APP的請求，讓學生可以在手機APP上查看教室的人數(shù)情況。下位機根據(jù)教室里的人數(shù)與室外的自然光強弱來自動控制教室燈泡的亮滅，以達到充分利用和節(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 詳細設(shè)計

基于全自動人數(shù)統(tǒng)計的教室能源優(yōu)化及場地配置可視化信息系統(tǒng)可分為硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊、智能控制模塊的元器件選取與電路的設(shè)計。軟件設(shè)計主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器無線組網(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)計與實現(xiàn)。

2.1 硬件設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計。在本系統(tǒng)中有兩個數(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”的更高可見光譜響應(yīng)性。二是人員進出情況的數(shù)據(jù)采集，這部分使用了兩對紅外對射器分別是A和B進行采集。將兩對紅外對射器的發(fā)射器與接收器對準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)無線傳輸模塊的設(shè)計。數(shù)據(jù)無線傳輸模塊主要是把各個節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)傳輸給主節(jié)點，再由主節(jié)點發(fā)送給服務(wù)器。節(jié)點間的傳輸使用的是NRF24L01模塊，該模塊具有調(diào)試簡便、通信距離長、傳輸速率高、成本低廉等優(yōu)點。主節(jié)點與服務(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透傳模塊，擁有業(yè)內(nèi)極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計，可將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)上，進行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

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

2.2 軟件設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊的軟件設(shè)計。本系統(tǒng)的主芯片選用STM32F103RCT6單片機，開發(fā)平臺選用KEIL MDK5，開發(fā)語言選用C語言。環(huán)境光的數(shù)據(jù)采集使用的是片內(nèi)的AD。人員進出情況的數(shù)據(jù)采集原理是：當有人進入教室時，先切割門外側(cè)的紅外線，觸發(fā)紅外對射器A。后切割門內(nèi)側(cè)的紅外線，觸發(fā)紅外對射器B。此時教室內(nèi)人數(shù)加1。反之，則人數(shù)減1。

（2）服務(wù)器的設(shè)計。服務(wù)器的開發(fā)平臺選用的是VS，開發(fā)語言選用C#語言。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、響應(yīng)客戶端的請求。

（3）安卓APP的設(shè)計。安卓APP的開發(fā)平臺選用的是Android Studio，開發(fā)語言選用Java語言。安卓APP需要可以連接上遠程服務(wù)器進行通信，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)

基于全自動人數(shù)統(tǒng)計的教室能源優(yōu)化及場地配置可視化信息系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，成本低廉，且實現(xiàn)了軟件與硬件的相對獨立性，實現(xiàn)與維護都很簡易。實現(xiàn)了教室人員統(tǒng)計、智能控制教室燈泡、手機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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