基于ZigBee網絡的教學樓管理系統在高校中的應用

明亮

摘 要：ZigBee技術是一種全新的短距離無線傳感器網絡標準，其專注于商業建筑自動化、工廠車間管理和家庭居住控制這三大無線傳感器網絡市場領域。一個基于ZigBee的教學樓管理系統，可以將傳統的教學樓變成全新的現代化教學樓，為高校師生的學習和生活提供便利。

關鍵詞：高校；ZigBee技術；教學樓管理；應用

進入信息時代后，各類高校要提高教育教學水平就必須借助信息技術來提高學校的生產效率和管理水平。無線網絡技術的發展使得網絡從基礎架構到維護和管理都變得十分簡單和智能，可以讓高校根據自身的情況，按照實際的經濟條件來構建自己的無線網絡。用于無線網絡建設的投資，對于高校而言不再成為一個負擔。ZigBee技術是一種全新的短距離無線傳感器網絡標準，其專注于商業建筑自動化、工廠車間管理和家庭居住控制這三大無線傳感器網絡市場領域。一個基于ZigBee的教學樓管理系統，可以將傳統的教學樓變成全新的現代化教學樓，為高校師生的學習和生活提供便利。

一、系統整體設計以及所實現的功能

基于ZigBee的教學樓管理系統便于安裝與調試，功耗較低，并且改變了過去的監測過程受限、有線系統布線復雜的缺點，因此性價比較高。

本系統由匯聚數據的模塊（協調器）、顯示模塊（液晶顯示屏）、熱釋電紅外傳感器模塊（人數統計模塊）、溫度傳感器模塊、光熱傳感器模塊和路由模塊（路由器）六部分組成。

其中，熱釋電紅外傳感器模塊（人數統計模塊）、溫度傳感器模塊和光熱傳感器模塊為數據采集終端節點。匯聚數據的模塊需要組建ZigBee網絡，并且要實現溫度傳感器模塊、光熱傳感器模塊和熱釋電紅外傳感器模塊與上位機（PC）之間透明的數據傳輸；溫度傳感器模塊需要采集、保存以及傳遞溫度數據；光熱傳感器模塊需要采集、保存以及傳遞光照數據；熱釋電紅外傳感器模塊需要采集、保存以及傳遞人數數據；路由模塊則需要將所有的數據轉發出去。

由于上位機擁有的監控界面能夠設置傳感器模塊的工作方式，因此數據匯聚模塊是通過串口與上位機連接在一起。上位機通過數據匯聚模塊將收集到的不同教室的數據整理后分別顯示在相應教室的顯示模塊上。多個溫度和光熱傳感器節點置于不同的教室區域，熱釋電紅外傳感器放置在每一個教室門口，所有的數據通過每個傳感器節點傳送給了匯聚節點，然后匯聚節點再對數據進行融合之后把它通過串口上傳給上位機，讓上位機對其進行深一步處理，從而給用戶以顯示。傳感器模塊節點與匯聚模塊的距離太遠，或者是待檢測的區域障礙物比較多時，可以適當增加路由器的數量來穩定網絡。

監控傳感器模塊的工作狀態和能量的情況，對于上位機的監控界面來說是很需要的。在監控界面上可以設置傳感器的工作模式，而且可以顯示所有數據的地址。

整個教學樓管理系統如下所示（篇幅所限，圖略）：

遠程監控→系統服務器→（公共網絡）→樓宇管理計算機→（RS232）→數據匯聚模塊→（無線傳輸）→一定數量的無線節點（無線節點1、無線節點2、無線節點3、無線節點4、無線節點5……）→一定數量的傳感模塊（傳感模塊1、傳感模塊2、傳感模塊3、傳感模塊4、傳感模塊5……）→各個教室（教室1、教室2、教室3、教室4、教室5……）

二、在高校中的應用

在各個院校中，通常沒有很復雜的網絡應用。因此，我們可以將節點設備安裝在每間教室，接通電源后系統將自動組網，Zigbee發送模塊將每間教室采集到的人數流量、光照、濕度、溫度等信息實時地發送到主控室的Zigbee接收模塊上，數據再通過串口送入計算機，每間教室的各種信息通過網頁進行顯示。本設計構建了高性能的雙向無線通信網絡，具有低成本、低功耗、低復雜度、自動組建、方便維護、操作安全的特點，可以實現多個傳感器同時檢測，實時傳輸及自動控制的功能，具有很強的實用性。另外，本設計將實時傳輸的測控數據通過計算機網絡進行顯示，使用可連接入網的設備，訪問者就能夠隨時隨地登錄并獲取教學信息，高效而靈活；同時設立了后臺管理系統，方便學校管理員監控和更新相關教室信息。

教學樓無線數據采集管理系統，若通過與照明系統、空調系統進行聯網，根據采集到的數據情況自動控制照明系統、空調系統的開閉，可以達到節能減排、杜絕浪費的目的。

作為一種全新的短距離無線傳感器網絡標準，ZigBee應用廣泛。通過ZigBee，我們可以將傳統的教學樓變成全新的現代化教學樓，組建四通八達的教學網絡，改善辦學條件，更好地進行教學工作。

而要組建一個可靠性好、實用性強的網絡，網絡的規劃與設計的成敗決定著該網絡能否滿足校園預期的要求和功能。同樣，網絡規劃與設計的好壞決定著該網絡是否可用、是否有實用價值。本設計通過軟硬聯調，可以實現多條數據的發送與接收，并實現簡單的數據統計與顯示，通過串口可以將數據上傳到上位機，網絡的組網及路由效果良好。在短距離內，星形網絡的連接可以保持通暢，各節點設備之間能夠實現通信。

本設計完成了無線數據采集系統整體架構設計和底層硬件的具體實現，達到了預期要求，系統穩定性、響應速度等性能滿足教學實際需求。該系統可同時對多個區域進行監測，同時安裝維護簡單，可以根據具體要求在數據采集模塊上進行相應傳感器的擴充，以完成特定數據采集。還可以將人數統計系統進行適當升級，比如采用人臉成像識別技術。這樣，不僅能統計人數，還能識別上課的都是哪些學生。如此，就可以大大節約老師的點名時間，也便于學校的教學管理。

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（河南省洛陽職業技術學院）