基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置

張里 經廷偉 趙佳 陳思宇 焦朋輝 重慶理工大學電氣與電子工程學院

基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置

張里 經廷偉 趙佳 陳思宇 焦朋輝 重慶理工大學電氣與電子工程學院

針對高校曠課現象的普遍及教室“人走燈未滅”等問題，采用單片機設計了基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置。該系統將利用GSM、PFID以及紅外技術，通過簡便的操作流程使其能夠方便的運用在校園的各個教室中，根據每個教室的課表對學生進行刷卡考勤，并根據教室的人數控制照明系統，確保高校最優化的能源運用以及最低的曠課早退現象。

教室 RFID 智能 燈控 考勤

隨著社會的進步與文化教育的普遍覆蓋，我國大學生數量正在逐步上升。據《法制晚報》報道：我國第六次人口普查數據顯示，全國具有大學（指大專以上）文化程度的人口近1.2億。同第五次全國人口普查相比，每10萬人口中具有大學文化程度的由3611人上升為8930人，人數翻了一倍多。可得出在校大學生數量也遠超以往。人數的激增，導致的一系列教育監督問題和資源利用問題等也隨之而來。本文針對這兩個問題進行基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的設計，從而實現嚴格考勤和響應國家節能減排的號召。

1 主要的問題分析

1.1 教育監督問題

隨著在校大學生人數的增加，高校各個課程的學習人數也增加至幾十上百人，人為課堂考勤的時間增加，導致老師減少考勤次數從而無法關注每位學生的具體出勤情況。加之大學學習生活的自由性與高中激烈的競爭性產生強大的落差，致使學生產生長期曠課、早退的普遍現象，學校的文化教育效果便受到了很大的沖擊。

1.2 能源耗費問題

在校大學生數量的增加，也促使了各高校新修教學樓以及新校區的修建，如此多的教學空間所涉及到的電能消耗是巨大的。教室的用電設備常常在無人的情況下也是使用狀態，通過對電能消耗的初略計算，數據表明，一個100瓦的燈泡熄滅一個小時，可以節約0.1度電，而節省0.1度電可以減少排放二氧化碳0.1千克，節省煤粉10克。現在的教室一般有24盞日光燈，往往照明一天，可知僅僅是電燈照明，對不可再生能源的消耗以及二氧化碳的排放有著巨大的影響。現在的燈光控制情況，多由人工進行，如若將燈光的控制通過一定的軟硬件設計實現智能化控制，那將極大的減少無人時能源的損耗，也避免了人工的反復檢查控制。

以上便是基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的設計初衷，在考勤的同時又達到了節約能源的效果。

2 裝置工作原理

系統整體框圖見圖1，燈控與考勤裝置以GSM模塊、RFID模塊、紅外感應模塊為基礎，結合智能門禁技術、通信技術等信息科學技術給大學校園教室設計一款節能兼考勤的門禁裝置。

當裝置通電初始化后，自動讀取全校課表，通過時間點來判斷現在是否是上課時間。若是上課時間，自動調整為考勤模式，并記錄此間進入教室的ID，與該課對應班級學生的ID進行匹配記錄，記錄下遲到，曠課的ID。當有學生通過RFID刷卡進出教室時，MCU記錄進出時間節點，通過時長判斷是否為早退行為，下課后，通過GSM短信將曠課、遲到、早退的同學名單發送至任課老師手機上。若MCU判斷此時間后一段時間不是上課時間，則調整為自習計時模式即記錄學生自主上自習的時間，將總時長進行排名。當學生刷卡退出教室后，通過GSM短信將該同學的自習時長發送至其手機上。

MCU會記錄刷卡進，與刷卡出的人數，在MCU記錄的同時，紅外感應裝置也在進行計數。為了防止有同學未刷卡而離開，若紅外與MCU記錄的數據不同時，則以紅外線計數為準做出調整，判斷該同學是否為最后一位刷卡出教室的人。當MCU判斷出現在刷卡的是最后一位出教室的同學，語音提示“請關燈”，若未關燈，則MCU發出指令進行延時熄滅燈光。

圖1 系統總體框圖

3 各部分設計

3.1 硬件設計

燈控與考勤裝置可分為門禁刷卡系統、紅外檢測部分、以及燈控部分這三大部分。硬件結構框圖見圖2。

門禁刷卡系統包含了MCU主控單片機、RFID、GSM以及語音模塊。MCU主控為該設計的核心，是該設計的大腦，所有的控制指令以及判斷都是由MCU來進行。紅外檢測部分進行信號的采集，發送到MCU，是MCU進行計數和判斷的依據。燈控部分由繼電器構成，是由MCU發出指令進行控制，可實現電路的實時通斷，從而達到燈光控制的效果。

3.2 系統軟件設計

系統上電初始化后再開放所有的中斷，隨即讀取課表信息并判斷當前教室是否處于上課時間，若上課時間，則進行考勤模式。反之則是無課時間，則進行室自習計時模式，并實時判斷進出人數是否滿足斷電要求。軟件結構流程圖見圖3。

圖2 硬件結構框圖

圖3 軟件結構流程圖

4 結語

隨著大學生素質教育難度的不斷增加，世界能源的不斷匱乏，以及智能化，現代化的飛速發展，更加促使了監督與控制體系的全面性和科學性，讓建立一套完整的智能教室考勤與燈控系統成為必然。在物質生活富裕的當代，提倡高素質、有文化、有內涵的教育理念下，讓基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的市場需求性提供了前提。同時該裝置成本低，有很好的通用性，具有一定的推廣價值。

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張里，1979—，男，實驗師，計算機軟件專業碩士。從2001至今在重慶理工大學工作，長期從事電子信息技術與計算機控制教學和研究工作，有著多年的控制算法理論，具有較強的工程項目研究經歷，參與了多項智能控制系統項目研究。

2016年大學生創新創業訓練項目，重慶市級創新訓練項目《基于GSM、RFID、紅外技術的教室智能燈控與考勤裝置》。