基于全自動人數統計的教室能源優化及場地配置可視化信息系統的設計

譚烈埔 陳偉杰 歐婉璇 李建偉

【摘 要】基于全自動人數統計的教室能源優化及場地配置可視化信息系統在幫助學生通過安卓手機APP快速找到空教室自習、智能控制教室燈泡、統計教室人員數目等方面作用顯著，具備實用性及廣泛性特點。本文從剖析整體設計方案出發，分析了硬件設計及軟件設計。

【關鍵詞】安卓APP；智能控制教室；統計教室人員

中圖分類號： U666.15 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0186-002

【Abstract】Based on the fully automatic statistics of classroom energy optimization and site configuration visualization information system to help students quickly find empty classroom through Android mobile APP self-study，intelligent control of classroom bulbs，statistical classroom staff number plays a significant role，with practicality and extensive Features.Based on the analysis of the overall design scheme，this paper analyzes the hardware design and software design.

【Key words】Android APP；Intelligent control classroom；Statistical classroom staff

教室是學生學習最重要的一個場所之一，高校的教室不同于初高中的教室，每個學生都有自己固定的位置。高校的教室資源是一個公共資源，基于全自動人數統計的教室能源優化及場地配置可視化信息系統（簡稱為教室系統）可以有效的管理教室資源。教室系統把教室的座位資源以可視化的形式展示給學生，方便學生直接找到適合學習的教室。教室系統根據教室學生的人數，實現對教室燈光開關的自動控制，達到對電力資源經濟運行，最大限度地充分利用和節約電力資源。

1 整體設計方案

基于全自動人數統計的教室能源優化及場地配置可視化信息系統主要組成模塊包括五個，即數據采集模塊、傳感器無線組網模塊、服務器數據處理模塊、安卓APP模塊、智能控制模塊。通過兩對紅外對射器檢測人員的進出情況并進行數據的采集，把采集到的數據及時地通過無線傳感器傳輸給服務器，防止下位機突然掉電使數據丟失。服務器負責把數據進行綜合處理并儲存。服務器能響應安卓手機APP的請求，讓學生可以在手機APP上查看教室的人數情況。下位機根據教室里的人數與室外的自然光強弱來自動控制教室燈泡的亮滅，以達到充分利用和節約電力資源的目的。該系統的系統組成框圖如圖1所示。

2 詳細設計

基于全自動人數統計的教室能源優化及場地配置可視化信息系統可分為硬件設計與軟件設計。硬件設計主要內容是數據采集模塊、數據無線傳輸模塊、智能控制模塊的元器件選取與電路的設計。軟件設計主要內容是數據采集模塊、傳感器無線組網模塊、服務器數據處理模塊、安卓APP模塊、智能控制模塊的軟件設計與實現。

2.1 硬件設計

（1）數據采集模塊的設計。在本系統中有兩個數據是需要采集的，一是環境光的數據采集，這部分使用的傳感器是CJMCU-TEMT6000環境光傳感器。該傳感器的最高靈敏度為 570nm，其具有±60°的較寬半靈敏度角度。盡管該器件對環境光非常敏感，但它可抑制紅外線 （IR） 光譜，從而可提供類似“人眼”的更高可見光譜響應性。二是人員進出情況的數據采集，這部分使用了兩對紅外對射器分別是A和B進行采集。將兩對紅外對射器的發射器與接收器對準分別安裝在門的兩側，使其能被人體切割紅外線。

（2）數據無線傳輸模塊的設計。數據無線傳輸模塊主要是把各個節點采集到的數據傳輸給主節點，再由主節點發送給服務器。節點間的傳輸使用的是NRF24L01模塊，該模塊具有調試簡便、通信距離長、傳輸速率高、成本低廉等優點。主節點與服務器間的通信使用的是ESP8266 WIFI模塊，ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊，擁有業內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術，專為移動設備和物聯網應用設計，可將用戶的物理設備連接到Wi-Fi無線網絡上，進行互聯網或局域網通信，實現聯網功能。

（3）智能控制模塊的設計。智能控制模塊主要是由繼電器來控制教室燈泡的開關電路。繼電器的開關是由教室內的人數和室外環境光的亮度來共同控制的。

2.2 軟件設計

（1）數據采集模塊的軟件設計。本系統的主芯片選用STM32F103RCT6單片機，開發平臺選用KEIL MDK5，開發語言選用C語言。環境光的數據采集使用的是片內的AD。人員進出情況的數據采集原理是：當有人進入教室時，先切割門外側的紅外線，觸發紅外對射器A。后切割門內側的紅外線，觸發紅外對射器B。此時教室內人數加1。反之，則人數減1。

（2）服務器的設計。服務器的開發平臺選用的是VS，開發語言選用C#語言。服務器主要包括：數據通信接口、數據的處理和存儲、響應客戶端的請求。

（3）安卓APP的設計。安卓APP的開發平臺選用的是Android Studio，開發語言選用Java語言。安卓APP需要可以連接上遠程服務器進行通信，可以把教室內的人數與空位顯示在APP上。方便用戶查閱教室的使用情況。

3 總結

基于全自動人數統計的教室能源優化及場地配置可視化信息系統反應靈敏，成本低廉，且實現了軟件與硬件的相對獨立性，實現與維護都很簡易。實現了教室人員統計、智能控制教室燈泡、手機APP查詢空教室等功能。能有效的提高教室的管理水平，節約電力資源。

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