基于物聯網的智能宿舍管理系統

文/梁肖　單超穎　朱文俊　劉泮傲　杜雨杭

1　引言

為了設計校園智能宿舍系統，將STM32F103CB單片機，風扇，LED燈，人體紅外感應模塊，繼電器，門禁系統，煙霧傳感器，ESP8266Wi-Fi模塊，溫濕度傳感器等一些外圍器件，通過STM32單片機將這些器件聯系在一起，通過Wi-Fi通信將數據流傳輸到中國移動物聯網OneNET云平臺上，通過OneNET平臺的反饋處理最終實現校園智能宿舍系統。

2　硬件設計

2.1　STM32模塊

本作品中STM32電路的設計目的是以低電壓實現高性能，有效延長電池供電設備的充電間隔，能夠更好的對整個做智能家居系統做出控制。STM32系列有著高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。在片上模擬功能的最低工作電源電壓為1.8V。數字功能的最低工作電源電壓為1.65V，當整個系統處于低電量時，可以延長電池供電設備的工作時間，是32位產品用戶的最佳選擇。

2.2　溫濕度模塊

在本設計中采用的是SHT20型號的溫濕度傳感器。當室內環境溫濕度發生變化時，傳感器中的濕敏元件的電容量隨之發生改變，即當相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小(電容量通常在48～56pf間)。傳感器的轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓量變化，對應于相對濕度0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈0～1v的線性變化。通過電信號的變化，給主控芯片STM32傳輸信號，這樣就轉化為室內濕度的數值變化。來達到對環境濕度的監測。

圖1　

2.3　火焰傳感器

智能火災報警部分由火焰傳感器和蜂鳴器及主控芯片STM32組成。火焰傳感器采集室內的數據，然后傳給主控芯片，當出現火情時，觸發蜂鳴器發出報警，同時給用戶發送報警消息，提示用宿舍出現火情。本作品主要針對建筑“小”這個特點，在焰傳感器的安裝位置和靈敏度上都有所選擇和針對性，這樣傳感器在工作時，不會因為太敏感而被輕易觸發，也不會因為空間限制“誤導”傳感器。所以對火災傳感器進行了一定的甄選，在靈敏度和檢測范圍以及電壓輸出時都有不同程度的調試。

2.4　安防監控部分

在外出時，通過人體紅外感應模塊來檢測是否有人進入寢室。當有人闖入時，被人體紅外感應傳感器檢測到，觸發信號傳給主控芯片，通過無線通信部分將信息傳給中國移動OneNET云平臺，然后平臺發信息給用戶或者通過APP提示用戶。在室內的終端也會被觸發蜂鳴器發出警報聲。

本設計采用HC-SR501人體紅外感應模塊。這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，一旦人侵入探測區域內，就產生電位差，觸發報警。在本作品中采用是12V的直流工作電壓，所以整個人體紅外必須符合我們要求的數值，調試時過高和過低都會影響模塊性能，而且要求電源必須經過良好的穩壓濾波，例如電腦USB電源、手機充電器電源、比較 舊的9V的層疊電池都無法滿足模塊工作要求，用變壓器的電源并經過三端穩壓芯片穩壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后供電。

2.5　ESP8266

無線通信部分由ESP8266與主控芯片組成。其ESP8266是Wi-Fi模塊是一款超低功耗的UART-Wi-Fi模塊，有超低能耗技術，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。

2.6　門禁

本設計在考慮到年輕人為了便利出門或者讓生活更加科技。在設計時加入門禁系統，門禁系統有兩套控制方式，第一種是通過控制芯片STM32、繼電器、RFID、及門禁組成一套門禁卡系統來開門，其另一種是通過手機APP給主控芯片下達指令來開門。

3　軟件設計

3.1　OneNET云平臺

OneNET是中國移動物聯網有限公司響應“大眾創新、萬眾創業”以及基于開放共贏的理念，面向公共服務自主研發的開放云平臺，為各種跨平臺物聯網應用、行業解決方案提供簡便的海量連接、云端存儲、消息分發和大數據分析等優質服務，從而降低物聯網企業和個人的研發、運營和運維成本，使物聯網企業和個人更加專注于應用，共建以OneNET為中心的物聯網生態環境。

OneNET平臺提供設備全生命周期管理相關工具，幫助個人、企業快速實現大規模設備的云端管理；開放第三方API接口，推進個性化應用系統構建；提供定制化“和物”APP，加速個性化智能應用生成。如圖1所示。

3.2　APP應用

本設計的特色是不同于傳統智能家居的APP設計界面上，本系統注重用戶在感官上的體驗，APP在開發上可以使用系統預設好的APP界面，也可以進行個性化的APP界面設計，不論是界面還是按鍵按鈕都可以根據用戶的習慣喜好來設計。

4　總結

本系統實現如下功能：支持Airkiss一鍵配網功能，方便快捷；斷線自動重連，增強系統穩定性；一鍵開門，支持通過IC卡開門和手機APP開門；宿舍溫濕度數據上傳，用戶可通過手機或電腦查看宿舍實時溫濕度數據；遠程控制宿舍內電器，如電燈、風扇、空調、熱水器等；防火、防盜報警，當火災發生或者有小偷進入宿舍，現場能發出警報，用戶能馬上收到警報信息。