自習室智能管理系統(tǒng)的開發(fā)

韓濤 郭欣平 劉天宇

摘 要：本項目的研究背景是根據(jù)學校自習室的使用情況，很多高校自習室資源分配不合理，一個自習室沒有幾個同學，從而造成了大量的資源浪費，將為學校增加了很多負擔。智能占座系統(tǒng)相對于人員集中，范圍較小的圖書館，而智能自習室系統(tǒng)更適應人員分散，范圍較大的自習室。自習室的人數(shù)，位置不明確，造成了同學們的時間浪費，還可能打擾正在班里上課的同學。本項目的目的是為了節(jié)約資源，有效的利用資源，讓同學們更方便的使用自習室。使用智能自習室系統(tǒng)的同時，使得自習室更有效的利用，達到資源節(jié)約的效果。對于國家而言，建設資源節(jié)約型的信息化社會。讓資源有效利用，減少人力物力。社會的發(fā)展，信息化普遍中國，便利的生活漸入人心。智能自習室系統(tǒng)都可以體現(xiàn)。

關鍵詞：自習室;節(jié)能智能;資源節(jié)約

引 言

隨著能源的日益緊張，節(jié)約工作已在全國各地蓬勃發(fā)展起來。相對于商業(yè)樓宇，校園里的照明燈較多，教室里的教學設備也比較昂貴，在高校中，學生經(jīng)常需要在課余的時間實用自習室，雖然有些學校會在教學樓大廳顯示空閑的教室，但那些教師有空余的位置就需要同學們一個一個班級去找，及其不方便。而學校為了滿足學生的學習需要會開放大量的自習室供學生使用，因此存在著不管有沒有人燈都亮著，設備丟失等問題。一個教室的浪費看似很少，但如果全國的自習室加起來，就不敢想象了，浪費及其驚人。針對以上情況，本文基于實現(xiàn)智能自習室的節(jié)能，既充分利用了教學資源，降低學校運行費用，又能環(huán)保，提高學校的科學管理水準，為學生創(chuàng)造了舒適的學習環(huán)境。

1 緒論

1.1 現(xiàn)狀

隨著時代的進步，每個教室都有了WiFi，有很多同學拿著學習的幌子去那里玩游戲，導致了位置不夠坐。有的同學，占著位置不來學習，位置白白浪費。在沒有人的教室里，燈還是亮著的。

1.2 存在的問題及對策

自習室存在結構性緊張，大自習室人滿為患。占座現(xiàn)象嚴重，自習室資源大量浪費。自習室存在一些不文明現(xiàn)象，影響他人學習。“丟書”現(xiàn)象時有發(fā)生，安全防范不規(guī)范。

采用攝像頭實時計算人數(shù)，成本適中，準確度相對來說較高。除此之外，在教室內(nèi)部安裝麥克風，檢測出教室的安靜程度。同時，采用WiFi或4g（在條件允許的情況下）等通信模塊進行無線傳輸數(shù)據(jù)，將實時獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送給云端。采用LCD液晶模塊，顯示出教室的具體人數(shù)。同學們可以登錄手機APP或微信公眾號來獲取自習室的實時信息。繼電器的使用，將在教室無人的情況下關閉電燈、風扇、空調(diào)等用電設備。從而達到實現(xiàn)節(jié)約資源的目的。

2 系統(tǒng)整理方案設計

2.1 設計出實際可用的智能自習室系統(tǒng)遵循以下幾條原則：

（1）較高的人數(shù)計算精確度

（2）較強的抗干擾能力

（3）較好的信息傳輸安全性。

（4）較高的穩(wěn)定性。

（5）相對低的能量消耗。

2.2 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)主要包括主控器、計數(shù)攝像頭、測噪麥克風、WiFi傳輸模塊、副控制器、數(shù)據(jù)存儲器、液晶顯示屏等。

2.2.1 人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)

當有人經(jīng)過時，攝像頭記錄下數(shù)據(jù)，并傳輸給主控制器，經(jīng)算法處理后，測得出入人數(shù)。

2.2.2 測噪系統(tǒng)

用三極管將麥克風電流信號放大，將其連接至主控制器，對該電流信號進行 模數(shù)轉換，得出噪聲大小。

2.2.3數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

用無線傳輸模塊將測得數(shù)據(jù)上傳至服務器，并發(fā)送給位于教室門口的顯示系統(tǒng)。多個教室的數(shù)據(jù)分別上傳至服務器，構成數(shù)據(jù)庫，以便進行總體資源調(diào)配

2.2.4顯示系統(tǒng)

教室門口的副控制器接收到主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)后，控制液晶模塊顯示相應數(shù)據(jù)，以便用戶查看教室使用情況。

2.2.5智能分配系統(tǒng)

建立教室使用情況數(shù)據(jù)庫，用戶在客戶端即可查詢各個教學樓、各樓層教室使用情況。

2.2.6儲存系統(tǒng)

儲存攝像頭原始數(shù)據(jù)，以便調(diào)用，考試時使用，可有效預防作弊。

2.3 模塊設計方案

2.3.1人數(shù)統(tǒng)計

對于攝像頭的通道行人計數(shù)，目前有很多解決方案，傳統(tǒng)的方法包括：視頻捕獲、目標提取、目標識別、目標跟蹤、軌跡分析等。

經(jīng)過綜合對比，最終我們選用軌跡分析法，運用該方法的智能攝像頭精準度更高。該方法原理是根據(jù)目標的運動軌跡計算目標運動方向和位移，判斷目標是進入還是離開指定區(qū)域，從而對目標進行數(shù)目統(tǒng)計。

2.3.2 噪聲測量

在教室內(nèi)安裝小型麥克風，根據(jù)麥克風的工作原理，與單片機配合，自制一個聲級計。

聲級計工作原理

（1）由傳聲器（麥克風）將聲音轉換成電信號，

（2）再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。

（3）將放大后的信號與單片機I/O相連，用單片機將放大后的電壓進行數(shù)模轉換，從而計算出噪聲等級。

2.3.3 數(shù)據(jù)傳輸

本項目將采用ESP8266WiFi模塊，該模塊操作簡單，只需要在代碼里簡單的配置好通信參數(shù)，就能實現(xiàn)通信了。鑒于學校里普遍使用WiFi，所以優(yōu)先使用WiFi模塊，在后續(xù)條件允許的情況下會考慮加入4g模塊。

這里我們主要用到 “建立TCP連接或注UDP端口號”和”發(fā)送數(shù)據(jù)”兩條指令

在 AT 模式下可以通過串口的 AT 指令對系統(tǒng)參數(shù)做配置。指令格式僅為：AT+=＼r＼n

常用的指令為：AT+CIPSTART＼r＼n 或 AT+CIPSEND＼r＼n

2.3.4 LCD顯示

副控制器的WiFi模塊接收到數(shù)據(jù)后，副控制器將收到數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給LCD12864進行顯示，包括人數(shù)、噪聲程度等。為方便接線，這里選用串行接法：

2.3.5 儲存系統(tǒng)

首先，選用SD卡進行數(shù)據(jù)備份儲存，將原始數(shù)據(jù)儲存到SD卡中。通過移植FATFS文件系統(tǒng)，當SD卡沒有剩余空間可以繼續(xù)寫入時，使用flseek函數(shù)，對之前存儲的數(shù)據(jù)進行循環(huán)覆蓋，即按照時間順序，將新數(shù)據(jù)寫入，將最早寫入的數(shù)據(jù)進行覆蓋，循環(huán)如此。需要查看卡內(nèi)數(shù)據(jù)時，則將原始數(shù)據(jù)進行取出，進行處理，得到視頻文件以及教室使用日志。

其次，也可將教室課程安排文件提前錄入SD卡，經(jīng)主控制器處理后，可方便用戶了解教室內(nèi)是否正在上課。

3 結論

本項目的研究背景是根據(jù)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(xiàn)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(jīng)濟負擔。

智能自習室系統(tǒng)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(jié)約資源，有效利用資源，實現(xiàn)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。

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