基于物聯(lián)網(wǎng)的智能宿舍管理系統(tǒng)

文/梁肖　單超穎　朱文俊　劉泮傲　杜雨杭

1　引言

為了設(shè)計校園智能宿舍系統(tǒng)，將STM32F103CB單片機，風(fēng)扇，LED燈，人體紅外感應(yīng)模塊，繼電器，門禁系統(tǒng)，煙霧傳感器，ESP8266Wi-Fi模塊，溫濕度傳感器等一些外圍器件，通過STM32單片機將這些器件聯(lián)系在一起，通過Wi-Fi通信將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)街袊苿游锫?lián)網(wǎng)OneNET云平臺上，通過OneNET平臺的反饋處理最終實現(xiàn)校園智能宿舍系統(tǒng)。

2　硬件設(shè)計

2.1　STM32模塊

本作品中STM32電路的設(shè)計目的是以低電壓實現(xiàn)高性能，有效延長電池供電設(shè)備的充電間隔，能夠更好的對整個做智能家居系統(tǒng)做出控制。STM32系列有著高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。在片上模擬功能的最低工作電源電壓為1.8V。數(shù)字功能的最低工作電源電壓為1.65V，當整個系統(tǒng)處于低電量時，可以延長電池供電設(shè)備的工作時間，是32位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。

2.2　溫濕度模塊

在本設(shè)計中采用的是SHT20型號的溫濕度傳感器。當室內(nèi)環(huán)境溫濕度發(fā)生變化時，傳感器中的濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小(電容量通常在48～56pf間)。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對應(yīng)于相對濕度0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈0～1v的線性變化。通過電信號的變化，給主控芯片STM32傳輸信號，這樣就轉(zhuǎn)化為室內(nèi)濕度的數(shù)值變化。來達到對環(huán)境濕度的監(jiān)測。

圖1　

2.3　火焰?zhèn)鞲衅?/h3>

智能火災(zāi)報警部分由火焰?zhèn)鞲衅骱头澍Q器及主控芯片STM32組成。火焰?zhèn)鞲衅鞑杉覂?nèi)的數(shù)據(jù)，然后傳給主控芯片，當出現(xiàn)火情時，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出報警，同時給用戶發(fā)送報警消息，提示用宿舍出現(xiàn)火情。本作品主要針對建筑“小”這個特點，在焰?zhèn)鞲衅鞯陌惭b位置和靈敏度上都有所選擇和針對性，這樣傳感器在工作時，不會因為太敏感而被輕易觸發(fā)，也不會因為空間限制“誤導(dǎo)”傳感器。所以對火災(zāi)傳感器進行了一定的甄選，在靈敏度和檢測范圍以及電壓輸出時都有不同程度的調(diào)試。

2.4　安防監(jiān)控部分

在外出時，通過人體紅外感應(yīng)模塊來檢測是否有人進入寢室。當有人闖入時，被人體紅外感應(yīng)傳感器檢測到，觸發(fā)信號傳給主控芯片，通過無線通信部分將信息傳給中國移動OneNET云平臺，然后平臺發(fā)信息給用戶或者通過APP提示用戶。在室內(nèi)的終端也會被觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出警報聲。

本設(shè)計采用HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊。這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，就產(chǎn)生電位差，觸發(fā)報警。在本作品中采用是12V的直流工作電壓，所以整個人體紅外必須符合我們要求的數(shù)值，調(diào)試時過高和過低都會影響模塊性能，而且要求電源必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波，例如電腦USB電源、手機充電器電源、比較 舊的9V的層疊電池都無法滿足模塊工作要求，用變壓器的電源并經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后供電。

2.5　ESP8266

無線通信部分由ESP8266與主控芯片組成。其ESP8266是Wi-Fi模塊是一款超低功耗的UART-Wi-Fi模塊，有超低能耗技術(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。

2.6　門禁

本設(shè)計在考慮到年輕人為了便利出門或者讓生活更加科技。在設(shè)計時加入門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)有兩套控制方式，第一種是通過控制芯片STM32、繼電器、RFID、及門禁組成一套門禁卡系統(tǒng)來開門，其另一種是通過手機APP給主控芯片下達指令來開門。

3　軟件設(shè)計

3.1　OneNET云平臺

OneNET是中國移動物聯(lián)網(wǎng)有限公司響應(yīng)“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”以及基于開放共贏的理念，面向公共服務(wù)自主研發(fā)的開放云平臺，為各種跨平臺物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、行業(yè)解決方案提供簡便的海量連接、云端存儲、消息分發(fā)和大數(shù)據(jù)分析等優(yōu)質(zhì)服務(wù)，從而降低物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和個人的研發(fā)、運營和運維成本，使物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和個人更加專注于應(yīng)用，共建以O(shè)neNET為中心的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境。

OneNET平臺提供設(shè)備全生命周期管理相關(guān)工具，幫助個人、企業(yè)快速實現(xiàn)大規(guī)模設(shè)備的云端管理；開放第三方API接口，推進個性化應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建；提供定制化“和物”APP，加速個性化智能應(yīng)用生成。如圖1所示。

3.2　APP應(yīng)用

本設(shè)計的特色是不同于傳統(tǒng)智能家居的APP設(shè)計界面上，本系統(tǒng)注重用戶在感官上的體驗，APP在開發(fā)上可以使用系統(tǒng)預(yù)設(shè)好的APP界面，也可以進行個性化的APP界面設(shè)計，不論是界面還是按鍵按鈕都可以根據(jù)用戶的習(xí)慣喜好來設(shè)計。

4　總結(jié)

本系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能：支持Airkiss一鍵配網(wǎng)功能，方便快捷；斷線自動重連，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性；一鍵開門，支持通過IC卡開門和手機APP開門；宿舍溫濕度數(shù)據(jù)上傳，用戶可通過手機或電腦查看宿舍實時溫濕度數(shù)據(jù)；遠程控制宿舍內(nèi)電器，如電燈、風(fēng)扇、空調(diào)、熱水器等；防火、防盜報警，當火災(zāi)發(fā)生或者有小偷進入宿舍，現(xiàn)場能發(fā)出警報，用戶能馬上收到警報信息。