基于單片機的中小學生智能宿舍管理系統

宋忠昕 崔玉玲 曹洋 鄭佳旺

摘 要：中小學生智能宿舍管理系統由2部分組成。一部分是以單片機為控制核心，通過相關電路設計以及配合使用GSM模塊、12864液晶顯示屏、空氣質量檢測模塊、聲音檢測模塊、有源蜂鳴器、錄音模塊、溫濕度傳感器、矩陣鍵盤等實現對中小學生宿舍的智能管理。另一部分主要是由小風扇和紫色LED燈構成的滅蚊裝置。本文即對此進行了研究設計。

關鍵詞： 宿舍;中小學生;智能管理;單片機;滅蚊裝置

【Abstract】 The intelligent dormitory management system is composed of two parts. One is selecting the single chip microcomputer as the control core， through the related circuit design combined with the comprehensive use of various sub-items such as GSM module， 12864 LCD， air quality detection module， sound detection module， active buzzer， recording module， temperature and humidity sensor， matrix keyboard，which achieve the intelligent management of primary and secondary school students' dormitory. The other is a mosquito killing device composed of a small fan and purple LED lights. The paper proposes the research and design of intelligent dormitory management system.

【Key words】 ?dormitory; primary and secondary school students; intelligent management; single chip microcomputer; mosquito control device

0 引 言

目前，大多中小學生宿舍管理采用紙質管理或軟件管理，不僅管理內容單一化，而且整體管理流程相對來說也較為復雜。隨著社會的發展，人們生活效率的提高，中小學生宿舍管理方面存在的問題也日益突顯。基于此，本次研究擬設計一款可以彌補紙質或軟件管理不足、同時也要增配一些傳統宿舍管理系統中并不具備的新型功能來應用到宿舍管理中的智能宿舍管理系統。該系統的成功研發，不僅可以提升宿舍管理的服務質量，而且也為宿舍管理者提供了一些便利。對此，將展開研究論述如下。

1 整體設計

中小學生智能宿舍管理系統集多功能于一體，具有遠程簽到功能模擬展示、可變更值日表、查詢學生基本信息、溫濕度檢測、噪聲檢測、空氣質量檢測和滅蚊等一系列實用功能。該系統運行設計框架如圖1所示。

2 系統功能設計

2.1 遠程簽到功能模擬展示

遠程簽到功能模擬展示的設計原理如圖2所示。GSM模塊對電源要求比較高，需采用5 V、1.5 A的直流電源供電，GSM模塊上的引腳5VT、5VR、VCC_MCU、GND分別連接到單片機上的P3.0，P3.1引腳和5 V電源的正極和負極引腳。當GSM模塊上的D5長亮，D6亮1 s、滅3 s（慢閃）時，表示模塊已搜索到網絡，此時學生就可以簽到了。如果搜索不到網絡，要注意斷電檢查手機卡是否插好。矩陣鍵盤連接在P1口，按動不同的符號鍵會發送不同的簽到內容，在矩陣鍵盤上具體表現為按鍵7、8、9、C。例如，當按下矩陣鍵盤上的7號鍵時，液晶顯示屏上就會顯示“loading”，當數據通過GSM模塊傳輸到手機上時，手機在收到“張龍簽到”的短信的同時，液晶顯示屏上則顯示“簽到成功”，如此設計旨在防止學生出現誤操作，導致漏簽。此功能主要為模擬遠程簽到，如果產品投入市場，可將按鍵簽到改為指紋簽到。如此一來，就簡化了操作步驟，方便樓管查寢。

2.2 可變更值日表

矩陣鍵盤的引入，節省了I/O口線，同時也可使系統功能得以更直觀、便捷展示，該矩陣鍵盤的應用則涉及到單片機中的程序控制。對于可變更值日表來說，其具體表現為按鍵4、5、6、B。當天打掃衛生的宿舍人員將自己的姓名通過矩陣鍵盤控制顯示在液晶顯示屏上，顯示模式為“今天打掃宿舍衛生人員姓名：***”。如此設計，有利于明確責任，方便管理。

2.3 溫濕度檢測系統

作為一款溫濕度復合傳感器，DHT11具有抗干擾能力強，響應快等優點，該傳感器由電阻式感濕元件，NTC測溫元件和高性能8位單片機三大部分相連接組成，采用5 V電壓供電。溫濕度檢測系統的視像呈現效果如圖3所示。通過按下矩陣鍵盤上的D鍵，就可以通過液晶顯示屏顯示當前環境的溫濕度，提醒學生增減衣物，從而為學生的生活、學習提供有益參考。

2.4 查詢學生基本信息

該功能主要用到帶字庫的12864液晶顯示屏，外部引腳共20個，雖然操作簡單，但是能顯示圖形和漢字。而且，引腳VO通過電位器與電源正極相連，可以調節12864液晶顯示屏的清晰度。利用矩陣按鍵上的1、2、3、A鍵就可以查詢不同宿舍人員的基本信息，液晶顯示屏上顯示的信息內容包括有5個部分，分別是：“***同學的基本個人信息”、“床鋪號”、“班級”、“班主任”、“班主任電話”。該項功能實現了信息的動態顯示，可以容納一個學生的多條基本信息，然后還做到了按鍵號與床鋪號的精準對應。不僅方便查找，同時也顯著降低了檢查宿舍人員的工作繁瑣程度。

2.5 噪聲和空氣質量檢測裝置

本款設計中的噪聲檢測部分主要采用了光控開關電路，而在宿舍熄燈后，噪聲檢測功能將自行啟動，如果宿舍內有噪聲出現，錄音模塊就會發出語音提醒。同時數碼管計數加一通過這種量化的方式來實現學生的自我管理。這樣就可有效保障學生的安靜睡眠環境，有利于學生的身心健康發展。

空氣質量檢測部分則主要由空氣質量檢測模塊和有源蜂鳴器共同作用，將空氣質量檢測模塊的DO輸出口連接到單片機上的P2.5口，再將單片機上的P2.6口連接到有源蜂鳴器的I/O口。為了避免蜂鳴器的聲音影響到噪音檢測模塊，研究采用了將繼電器低電平觸發引腳接到單片機的P2.4口的方式。此時，可通過單片機內嵌的程序控制繼電器觸點變化，隨即聯動控制噪聲檢測模塊電源的關斷與閉合，從而消除蜂鳴器的響聲對噪音檢測模塊的干擾。繼而，研究給出了光控開關原理電路設計如圖4所示。

2.6 滅蚊裝置

利用蚊子喜歡紫色光的特點，通過紫色LED燈吸引蚊蟲進入燈罩，將紫色LED燈與高速旋轉的風扇相結合，將蚊蟲吸入并將其消滅。此功能還同時配備了蚊蟲清理裝置，從而為學生打造優質的睡眠環境。滅蚊裝置的結構設計見圖5。

3 結束語

據研究調查可知，目前國內的中小學生宿舍管理大多都是采用紙質或軟件管理，宿舍管理方式較為單一。百年大計，教育為本。中小學生的宿舍管理水平與學生的學習狀態有著密切聯系，因此高效提升宿舍管理水平已經顯得尤為重要。經過仿真實驗可知，本次研發系統具有一定的創新性，主要體現在單片機在執行控制的過程中，還同步實現了結果數據的安全存儲。該系統集多種功能于一體、且市場上尚無類似產品，因而有著較強的實用價值和可觀的市場前景。

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