基于Arduino開發的學生宿舍自動查房裝置

葛永普

摘要：從學生宿舍人員安全管理的角度考慮，開發一款可為宿管人員快捷查房的系統。本設計以Arduino為開發平臺，人體紅外傳感器和壓力傳感器監測人員是否就寢，識別后通過W5100網絡模塊把信息發送給宿管平臺。宿管平臺可以準確的顯示空床人員的信息，方便宿管人員核實。經測試，該系統能有效的監測是否有人就寢，功耗低、操作簡便、穩定性高、實時性好。

關鍵詞：宿舍查房；Arduino；人體紅外傳感器；壓力傳感器；w5100；宿管查房系統

1.研究背景及目的

在學校住宿時發現宿管人員在查房方面存在著許多不足之處。隨著物聯網技術的不斷發展，相關元器件價格不斷下降，技術越來越成熟，使得智能化設備走進了我們普通人的生活。筆者于是設計了一種采用物聯網技術的自動查房裝置。研究本裝置的主要目的是：簡化查房的流程，方便宿管人員的管理；可以顯示空床人員的基本信息，為了最大限度的保證查房力度，確保沒有人員查房后外出；裝置具有實時顯示床位信息的功能，如果發生緊急事件，可以一鍵求助。

2.設計思路

首先根據學校住宿情況進行了大量的調查，并和宿管人員進行了溝通。其次通過上網查詢資料、請教學校老師等制定了系統結構和規劃了系統功能，從經濟可行性和技術可行性考慮，最終確定以Arduino為開發平臺，人體紅外傳感器和壓力傳感器監測人員是否就寢，通過w5100模塊進行信息交互，采用DS1309時鐘模塊控制設備工作時間。系統的總體框圖，如圖1所示。

3.研究過程

3.1裝置的組成和工作原理

本實用新型采用Arduino單片機作為核心控制模塊，通過網絡形式將信息傳遞給電腦端程序。通過人體紅外傳感器和壓力傳感器采集數據。傳感器采集數據后，將數據交單片機處理，如果符合數據發送要求，將數據發送給電腦端。電腦端可以實時顯示當前用戶的信息。系統流程圖，如圖2所示。

3.2設備端的設計與實現

（1）硬件主要包括人體紅外傳感器、壓力傳感器、輕觸開關、鋁板、床模型等。

（2）傳感器選擇。設備的成功關鍵，是選擇合適的傳感器測量數據。為了檢測準確，反饋信息及時，傳感器分別采用了HC-SR501人體紅外傳感器和FSR402薄膜壓力傳感器。壓力采用FSR402薄膜壓力傳感器，這款壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區域的壓力轉換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息。壓力越大，電阻越低。其允許用在壓力0g-10kg的場合，如圖3所示。人體紅外傳感器采用HC-SR501模塊，工作原理如下：人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。如圖4所示。

（3）數據采集端部分代碼如下：

3.3電腦端設計

采用VB語言編寫服務端程序。用來顯示當前在線的用戶信息，包括學號、班級、樓號、房號、聯系電話、統計數據等；可以顯示當前用戶的狀態。服務端界面如圖5所示。

4.測試及使用方法

（1）將設備和電腦接入統一網段。（使用同一個交換機或路由器）；

（2）把電腦IP地址設置成192.168.1.117，如圖6所示；

（3）打開軟件，并開啟服務；

（4）將模型接入電源和交換機后，點擊軟件“開啟服務”按鈕。軟件會顯示模型現在的狀態（紅色表示空床，綠色表示有人就寢）。可以用手擠壓床上的壓力傳感器來實現模擬測試。

（5）按設備上的“求助”按鈕，軟件端會顯示請求字樣。用鼠標選擇本用戶后，點擊發送會，軟件會向模型發送命令，測試模式上的指示燈點亮。如果用戶按了求助后，不需要求助了，可以按設備上的“取消求助”按鈕來取消，如圖7所示。

5.改進設想

采用重力傳感器，作為壓力采集傳感器；增加煙霧傳感器實時監測火災；增加聲音傳感器監測聲音大小，有效管理宿舍熄燈后說話的現象；增加光照傳感器控制宿舍內的光照信息采集。

6.遠景目標：和有關廠家合作，開發新型產品，實現經濟效益。

7.技術創新點

本項目利用Visual Basic語言、arduino開發板、壓力傳感器、人體紅外傳感器、生活中常見材料設計的快捷查房裝置，具有以下優點：

該系統可以準確的顯示空床人員的信息，方便宿管人員核實。使宿舍管理人員擺脫了以往奔波式、往復查房的過程，大大減輕宿管人員的負擔。經測試，該系統能有效的監測是否有人就寢，功耗低、操作簡便、穩定性高、實時性好。

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