傳感器在學生宿舍床位監控系統中的應用

陳孟臻

摘 要

目前國內多數學校對學生是否按時就寢在監控上存在弊端，在宿舍中安裝壓傳感器可以解決這一問題。監控系統通過壓力傳感器稱重量、溫度傳感器測量人體溫度，將采集信息交單片機處理后得出床位是否有人的判斷，并將結果通過GSM模塊以短信形式發送到指定手機上，管理員可在指定時間節點掌握每個學生就寢情況的動態信息，實現遠程監控管理，又保護學生隱私。

【關鍵詞】傳感器 單片機 GSM

1 研究背景

目前，多數學校對學生宿舍管理只停留在學生自管會定時查寢、宿舍管理員巡視和走道上安裝視頻監控器等方式。因涉及隱私問題，不能在宿舍里安裝攝像頭進行監控，因此不能對學生是否按時就寢進行有效管理，導致許多學生在宿舍通宵上網，打牌，甚至徹夜不歸，從而影響學習成績。因此，研究一款即可監控又可保護學生隱私的宿舍床位實時遠程監控系統有一定的研究意義。

2 系統方案設計

系統采用稱重-壓力傳感器測量床位上物體的重量，根據學生體重范圍預設一個壓力值，當測量到的壓力大于預設值，表示床位上有人或者物體。采用溫度傳感器監控溫度來進一步確定床上是人還是其它物品，檢測如溫度低于35°或高于45°為異常值。在指定時間節點由主控芯片AT89S52進行接收和處理傳感器傳遞的信息，當同時檢測到重量值和溫度值均為異常值，就會做出床位“無人”的判斷。系統并將“無人”對應的床號通過GSM以短信形式發送到指定號碼（管理員）的手機上，管理員便可獲知學生是否按時就寢信息，從而實現遠程監控。

3 硬件電路模塊

系統主要由AT89S52單片機模塊、人體數據采集模塊、A/D轉換模塊、定時/計數模塊、GSM無線通信模塊等組成的。

3.1 AT89S52單片機模塊

使用AT89S52增強型單片機，主要負責傳感器對信息的采集和傳輸；并將接收到的數據信息進行處理和判斷，指揮GSM完成數據和信號的傳送。AT89S52增強型具有反應速度快、靈敏度好、精度高、功耗低、性能高、大容量的片內存儲器和大規模的尋址能力等優點，非常適合充當主控芯片角色。

3.2 A/D轉換模塊

采用HX711芯片實現A/D功能，內部含有穩壓電源、片內時鐘振動器，還擁有其它芯片所需的輔助外圍電路。將稱重-壓力傳感器檢測到床上學生的體重信號（即模擬信號）經過A/D轉換器轉換成主控芯片可以識別的數字信號，然后單片機將轉換后的數字信號通過LCD1602顯示屏顯示出來，實現人機操作界面。

3.3 GSM通信模塊

采用無線GSM模塊（Siemens公司的TC35T）；利用TC35傳輸短消息的功能實現無線遠程實時監控，由于GSM網絡通信系統采用電話網絡進行通信，具有網絡覆蓋范圍廣和可靠性高的優點。短信息服務（SMS）是GSM系統中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務中心進行文本信息收發的應用服務，其中服務中心完成信息的存儲和轉發功能。

3.4 定時器功能模塊

本系統中，定時器使用AT89S52外接12M晶振用于計時，定時器通過外部按鍵對其進行設置，采用的是24個小時制，可以設置上午（am）和下午（pm）兩個時間段的任一時刻的Hour和Min。當到達設定的兩個時間段的時刻，單片機將壓力傳感器和溫度傳感器采集到的數據進行分析判斷。

3.5 人體數據采集模塊

人體數據采集模塊采用稱重-壓力傳感器和溫度傳感器同時檢測床位上物體的體重和溫度，采集到的溫度直接由單片機進行處理，而稱重信號則需要經過A/D轉換模塊進行處理。

（1）稱重-壓力傳感器。也叫做應變式稱重測力傳感器，采用惠更斯電橋線路其核心部位是電阻應變式。當彈性體受到壓力產生變形時，電阻應變片也會受到外界的壓力而發生形變，其電阻值也跟著改變，從而使電橋失去原本的平衡而產生相應的差動信號，主控芯片就會對這個差動信號進行測量和處理。

（2）DS18B20溫度傳感器。最大特點就是單線接口（無需外接器件）和待機零消耗，只需要一個端口引腳就可以進行通訊。它還具有測溫范圍廣，分辨率較高、運行速度快、讀數簡單易讀，結構簡單等特點。

4 系統調試結果

整個監控系統設計完之后將編寫好的程序下載到AT89S52單片機芯片中。經過4次測試，滿足設計需求，結果如表1所示。

在調試過程中，GSM模塊在向固定手機發送短信時，可能會出現延時現象。所謂的延時現象：在實際的運行過程中，有大量的數據采集終端像監控中心發送短消息，當大量信息幾乎同時到達監控中心時，勢必造成一定的擁塞，會出現延時，甚至會造成數據傳輸過程中丟失。經過測試，GSM模塊發送信息出現延時時間在3min以內，基本符合GSM模塊的實際參數要求。但在GSM將判定結果發送給指定手機時出現了短信延時現象。至今，沒找到解決的辦法，此問題是今后亟待解決和改進的方向。

5 總 結

學生宿舍床位監控系統設計方案僅對單個床位進行模擬測試，測試結果滿足預定要求，即可以檢測在床位上是否有學生。系統的方案是合理、可行、具有一定的價值。但是對于整個學校宿舍系統，如何使系統推廣到更貼切實際，更有實用價值，仍有大量問題需要解決。

參考文獻

[1]劉楨.基于GSM網絡的智能壓力傳感器系統研究[D] .西安理工大學，2008（03）.

[2]劉浩，方肇洪.RH-CYA型數字壓力傳感器在多級熱網監控系統中的應用[D].山東建筑工程學院，1998（10）.

[3]歐陽軍林，李中凱，李章兵.大學生宿舍視頻監控報警系統的設計與開發[D].湖南科技大學計算機科學與工程學院，2011（01）.

作者單位

廣西大學計算機與電子信息學院 廣西壯族自治區南寧市 530004endprint

摘 要

目前國內多數學校對學生是否按時就寢在監控上存在弊端，在宿舍中安裝壓傳感器可以解決這一問題。監控系統通過壓力傳感器稱重量、溫度傳感器測量人體溫度，將采集信息交單片機處理后得出床位是否有人的判斷，并將結果通過GSM模塊以短信形式發送到指定手機上，管理員可在指定時間節點掌握每個學生就寢情況的動態信息，實現遠程監控管理，又保護學生隱私。

【關鍵詞】傳感器 單片機 GSM

1 研究背景

目前，多數學校對學生宿舍管理只停留在學生自管會定時查寢、宿舍管理員巡視和走道上安裝視頻監控器等方式。因涉及隱私問題，不能在宿舍里安裝攝像頭進行監控，因此不能對學生是否按時就寢進行有效管理，導致許多學生在宿舍通宵上網，打牌，甚至徹夜不歸，從而影響學習成績。因此，研究一款即可監控又可保護學生隱私的宿舍床位實時遠程監控系統有一定的研究意義。

2 系統方案設計

系統采用稱重-壓力傳感器測量床位上物體的重量，根據學生體重范圍預設一個壓力值，當測量到的壓力大于預設值，表示床位上有人或者物體。采用溫度傳感器監控溫度來進一步確定床上是人還是其它物品，檢測如溫度低于35°或高于45°為異常值。在指定時間節點由主控芯片AT89S52進行接收和處理傳感器傳遞的信息，當同時檢測到重量值和溫度值均為異常值，就會做出床位“無人”的判斷。系統并將“無人”對應的床號通過GSM以短信形式發送到指定號碼（管理員）的手機上，管理員便可獲知學生是否按時就寢信息，從而實現遠程監控。

3 硬件電路模塊

系統主要由AT89S52單片機模塊、人體數據采集模塊、A/D轉換模塊、定時/計數模塊、GSM無線通信模塊等組成的。

3.1 AT89S52單片機模塊

使用AT89S52增強型單片機，主要負責傳感器對信息的采集和傳輸；并將接收到的數據信息進行處理和判斷，指揮GSM完成數據和信號的傳送。AT89S52增強型具有反應速度快、靈敏度好、精度高、功耗低、性能高、大容量的片內存儲器和大規模的尋址能力等優點，非常適合充當主控芯片角色。

3.2 A/D轉換模塊

采用HX711芯片實現A/D功能，內部含有穩壓電源、片內時鐘振動器，還擁有其它芯片所需的輔助外圍電路。將稱重-壓力傳感器檢測到床上學生的體重信號（即模擬信號）經過A/D轉換器轉換成主控芯片可以識別的數字信號，然后單片機將轉換后的數字信號通過LCD1602顯示屏顯示出來，實現人機操作界面。

3.3 GSM通信模塊

采用無線GSM模塊（Siemens公司的TC35T）；利用TC35傳輸短消息的功能實現無線遠程實時監控，由于GSM網絡通信系統采用電話網絡進行通信，具有網絡覆蓋范圍廣和可靠性高的優點。短信息服務（SMS）是GSM系統中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務中心進行文本信息收發的應用服務，其中服務中心完成信息的存儲和轉發功能。

3.4 定時器功能模塊

本系統中，定時器使用AT89S52外接12M晶振用于計時，定時器通過外部按鍵對其進行設置，采用的是24個小時制，可以設置上午（am）和下午（pm）兩個時間段的任一時刻的Hour和Min。當到達設定的兩個時間段的時刻，單片機將壓力傳感器和溫度傳感器采集到的數據進行分析判斷。

3.5 人體數據采集模塊

人體數據采集模塊采用稱重-壓力傳感器和溫度傳感器同時檢測床位上物體的體重和溫度，采集到的溫度直接由單片機進行處理，而稱重信號則需要經過A/D轉換模塊進行處理。

（1）稱重-壓力傳感器。也叫做應變式稱重測力傳感器，采用惠更斯電橋線路其核心部位是電阻應變式。當彈性體受到壓力產生變形時，電阻應變片也會受到外界的壓力而發生形變，其電阻值也跟著改變，從而使電橋失去原本的平衡而產生相應的差動信號，主控芯片就會對這個差動信號進行測量和處理。

（2）DS18B20溫度傳感器。最大特點就是單線接口（無需外接器件）和待機零消耗，只需要一個端口引腳就可以進行通訊。它還具有測溫范圍廣，分辨率較高、運行速度快、讀數簡單易讀，結構簡單等特點。

4 系統調試結果

整個監控系統設計完之后將編寫好的程序下載到AT89S52單片機芯片中。經過4次測試，滿足設計需求，結果如表1所示。

在調試過程中，GSM模塊在向固定手機發送短信時，可能會出現延時現象。所謂的延時現象：在實際的運行過程中，有大量的數據采集終端像監控中心發送短消息，當大量信息幾乎同時到達監控中心時，勢必造成一定的擁塞，會出現延時，甚至會造成數據傳輸過程中丟失。經過測試，GSM模塊發送信息出現延時時間在3min以內，基本符合GSM模塊的實際參數要求。但在GSM將判定結果發送給指定手機時出現了短信延時現象。至今，沒找到解決的辦法，此問題是今后亟待解決和改進的方向。

5 總 結

學生宿舍床位監控系統設計方案僅對單個床位進行模擬測試，測試結果滿足預定要求，即可以檢測在床位上是否有學生。系統的方案是合理、可行、具有一定的價值。但是對于整個學校宿舍系統，如何使系統推廣到更貼切實際，更有實用價值，仍有大量問題需要解決。

參考文獻

[1]劉楨.基于GSM網絡的智能壓力傳感器系統研究[D] .西安理工大學，2008（03）.

[2]劉浩，方肇洪.RH-CYA型數字壓力傳感器在多級熱網監控系統中的應用[D].山東建筑工程學院，1998（10）.

[3]歐陽軍林，李中凱，李章兵.大學生宿舍視頻監控報警系統的設計與開發[D].湖南科技大學計算機科學與工程學院，2011（01）.

作者單位

廣西大學計算機與電子信息學院 廣西壯族自治區南寧市 530004endprint

摘 要

目前國內多數學校對學生是否按時就寢在監控上存在弊端，在宿舍中安裝壓傳感器可以解決這一問題。監控系統通過壓力傳感器稱重量、溫度傳感器測量人體溫度，將采集信息交單片機處理后得出床位是否有人的判斷，并將結果通過GSM模塊以短信形式發送到指定手機上，管理員可在指定時間節點掌握每個學生就寢情況的動態信息，實現遠程監控管理，又保護學生隱私。

【關鍵詞】傳感器 單片機 GSM

1 研究背景

目前，多數學校對學生宿舍管理只停留在學生自管會定時查寢、宿舍管理員巡視和走道上安裝視頻監控器等方式。因涉及隱私問題，不能在宿舍里安裝攝像頭進行監控，因此不能對學生是否按時就寢進行有效管理，導致許多學生在宿舍通宵上網，打牌，甚至徹夜不歸，從而影響學習成績。因此，研究一款即可監控又可保護學生隱私的宿舍床位實時遠程監控系統有一定的研究意義。

2 系統方案設計

系統采用稱重-壓力傳感器測量床位上物體的重量，根據學生體重范圍預設一個壓力值，當測量到的壓力大于預設值，表示床位上有人或者物體。采用溫度傳感器監控溫度來進一步確定床上是人還是其它物品，檢測如溫度低于35°或高于45°為異常值。在指定時間節點由主控芯片AT89S52進行接收和處理傳感器傳遞的信息，當同時檢測到重量值和溫度值均為異常值，就會做出床位“無人”的判斷。系統并將“無人”對應的床號通過GSM以短信形式發送到指定號碼（管理員）的手機上，管理員便可獲知學生是否按時就寢信息，從而實現遠程監控。

3 硬件電路模塊

系統主要由AT89S52單片機模塊、人體數據采集模塊、A/D轉換模塊、定時/計數模塊、GSM無線通信模塊等組成的。

3.1 AT89S52單片機模塊

使用AT89S52增強型單片機，主要負責傳感器對信息的采集和傳輸；并將接收到的數據信息進行處理和判斷，指揮GSM完成數據和信號的傳送。AT89S52增強型具有反應速度快、靈敏度好、精度高、功耗低、性能高、大容量的片內存儲器和大規模的尋址能力等優點，非常適合充當主控芯片角色。

3.2 A/D轉換模塊

采用HX711芯片實現A/D功能，內部含有穩壓電源、片內時鐘振動器，還擁有其它芯片所需的輔助外圍電路。將稱重-壓力傳感器檢測到床上學生的體重信號（即模擬信號）經過A/D轉換器轉換成主控芯片可以識別的數字信號，然后單片機將轉換后的數字信號通過LCD1602顯示屏顯示出來，實現人機操作界面。

3.3 GSM通信模塊

采用無線GSM模塊（Siemens公司的TC35T）；利用TC35傳輸短消息的功能實現無線遠程實時監控，由于GSM網絡通信系統采用電話網絡進行通信，具有網絡覆蓋范圍廣和可靠性高的優點。短信息服務（SMS）是GSM系統中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務中心進行文本信息收發的應用服務，其中服務中心完成信息的存儲和轉發功能。

3.4 定時器功能模塊

本系統中，定時器使用AT89S52外接12M晶振用于計時，定時器通過外部按鍵對其進行設置，采用的是24個小時制，可以設置上午（am）和下午（pm）兩個時間段的任一時刻的Hour和Min。當到達設定的兩個時間段的時刻，單片機將壓力傳感器和溫度傳感器采集到的數據進行分析判斷。

3.5 人體數據采集模塊

人體數據采集模塊采用稱重-壓力傳感器和溫度傳感器同時檢測床位上物體的體重和溫度，采集到的溫度直接由單片機進行處理，而稱重信號則需要經過A/D轉換模塊進行處理。

（1）稱重-壓力傳感器。也叫做應變式稱重測力傳感器，采用惠更斯電橋線路其核心部位是電阻應變式。當彈性體受到壓力產生變形時，電阻應變片也會受到外界的壓力而發生形變，其電阻值也跟著改變，從而使電橋失去原本的平衡而產生相應的差動信號，主控芯片就會對這個差動信號進行測量和處理。

（2）DS18B20溫度傳感器。最大特點就是單線接口（無需外接器件）和待機零消耗，只需要一個端口引腳就可以進行通訊。它還具有測溫范圍廣，分辨率較高、運行速度快、讀數簡單易讀，結構簡單等特點。

4 系統調試結果

整個監控系統設計完之后將編寫好的程序下載到AT89S52單片機芯片中。經過4次測試，滿足設計需求，結果如表1所示。

在調試過程中，GSM模塊在向固定手機發送短信時，可能會出現延時現象。所謂的延時現象：在實際的運行過程中，有大量的數據采集終端像監控中心發送短消息，當大量信息幾乎同時到達監控中心時，勢必造成一定的擁塞，會出現延時，甚至會造成數據傳輸過程中丟失。經過測試，GSM模塊發送信息出現延時時間在3min以內，基本符合GSM模塊的實際參數要求。但在GSM將判定結果發送給指定手機時出現了短信延時現象。至今，沒找到解決的辦法，此問題是今后亟待解決和改進的方向。

5 總 結

學生宿舍床位監控系統設計方案僅對單個床位進行模擬測試，測試結果滿足預定要求，即可以檢測在床位上是否有學生。系統的方案是合理、可行、具有一定的價值。但是對于整個學校宿舍系統，如何使系統推廣到更貼切實際，更有實用價值，仍有大量問題需要解決。

參考文獻

[1]劉楨.基于GSM網絡的智能壓力傳感器系統研究[D] .西安理工大學，2008（03）.

[2]劉浩，方肇洪.RH-CYA型數字壓力傳感器在多級熱網監控系統中的應用[D].山東建筑工程學院，1998（10）.

[3]歐陽軍林，李中凱，李章兵.大學生宿舍視頻監控報警系統的設計與開發[D].湖南科技大學計算機科學與工程學院，2011（01）.

作者單位

廣西大學計算機與電子信息學院 廣西壯族自治區南寧市 530004endprint