智慧宿舍管理系統

李高鵬，熊作順，顏宏偉，陳宇航

（東南大學成賢學院電子與計算機工程學院，江蘇南京，210000）

0 引言

智慧宿舍是高校宿舍分散獨立管理系統與物聯網系統的集成，是傳統高校宿舍管理的升華。通過物聯感知、互聯網、智能分析和輔助決策，實現對高校宿舍主要管理和服務需求的綜合動態管理，實現高校宿舍對學生的精細化管理與活動記錄，實現為師生提供高效便捷服務，增強高校宿舍安防與消防安全保障能力，最終提升高校宿舍管理與服務水平[1]。

1 方案設計

系統主要分為幾個模塊：單片機控制部分，測溫模塊，數據顯示模塊，鬧鐘模塊，報警模塊，LED燈。

圖1 模塊圖

本系統開發板選擇的是STM32F103ZETT6作為MCU，該芯片是STM32F103里面配置非常強大的了，它擁有的資源包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器（共12個通道）、3個SPI、2個IIC、5個串口、1個USB、1個CAN、3個12位ADC、1個12位 DAC、1個SDIO接口、1FSMC 接口以及112個通用IO口。該芯片的配置十分強悍，并且還帶外部總線（FSMC）可以用來外擴SRAM和連接LCD等，通過FSMC驅動LCD，可以顯著提高LCD的刷屏速度，是STM32F1家族常用型號里面最高配置的芯片了，所以我們選擇了它作為我們精英板的主芯片。外加的紅外測溫通過單片機與聲光報警模塊聯系，LCD顯示屏顯示測量體溫值、環境溫度值和時間，溫度達到閾值觸發報警，外加LED燈根據根據設定時間實現亮滅，當到達指定時間點時觸發鬧鐘，蜂鳴器響起，繼此實現所有功能。

2 實驗步驟

測溫模塊：溫度測試模塊使用的是AFUIOT開放硬件傳感器測溫模組，該模塊包括了外置24位高精度低壓模ADC轉換芯片和接近傳感器，其工作原理是物體在高于絕對零度（-273℃）以上時都會向外輻射紅外能量，熱電堆紅外傳感器接收人體反射回來紅外線，通過CPU內高精度的程序算法得出感應溫度數據。

數據顯示模塊：數據顯示模塊采用stm32f103單片機，使用編程工具編寫實現體溫數據采集、鬧鐘、燈光控制。程序編寫使用Keil C51，Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（μVision）將這些部分組合在一起。通過編譯相應的代碼，將溫度采集，時間等數據顯示到顯示屏上，便于觀察。

圖2 測溫模塊

圖3 數顯模塊

鬧鐘模塊：通過設置計時器時間，將鬧鐘調至7點30分準時觸發蜂鳴器，達到鬧鐘的效果，程序調試、編譯，執行程序，通過硬件設備現象反饋對模塊進行進一步操作。鬧鐘和燈模塊為了方便觀察，設置時間從7:15開始計時，此時顯示屏上計時開始增加，LED燈處于熄滅狀態；當走時進行到7:30時LED燈亮起，蜂鳴器鳴叫持續三秒用來模擬宿舍起床場景；之后7:45模擬白天，宿舍已不需要照明條件，燈自動熄滅。從而可以及時叫醒學生早上起床，優化宿舍的時間分配，達到鈴叫燈亮，學生起床的效果。

圖4 聲光報警模塊

聲光報警模塊：此次項目采用STM32F103單片機，燈光通過外接LED燈，高電平觸發，通過設置溫度閾值，為方便調試觀察，將溫度閾值設置為36℃，紅外探頭檢測到后，觸發蜂鳴器及LED燈，達到報警效果。當所測體溫超過設置的溫度閾值時，蜂鳴器持續響2秒鐘，同時，液晶顯示屏顯示紅色，提示溫度過高，需引起宿舍成員注意，及時向管理員反映。

3 實驗結果

紅外探頭，LED燈，顯示屏等器件合理地應用在單片機上，設計合理，代碼編寫使用Keil C51，編譯成功后下載到單片機上。本設計的難點在于：通過單片機能夠實現人體體溫檢測，誤差要小，硬件的選擇以及軟件算法的修正。所以我們通過外接設備盡可能減小溫度的誤差，代碼部分通過Keil C51在內部進行調試。連接電源啟動開關后，液晶屏上將顯示四行文字，依次是標題、體溫、室溫以及時間。走時進行到設定時間點，LED燈由熄滅狀態亮起，同時蜂鳴器鳴叫一段時間后停下，進行到下一個指定時間點燈再熄滅，以此模擬宿舍智能叫醒和督促睡眠服務；紅外測溫模塊為了方便觀察將溫度閾值設為36℃，測量時保持與被測部分3～5厘米左右的距離，溫度超過該值時會觸發聲光報警系統蜂鳴器響起并持續兩秒，LCD顯示屏顯示為紅色，同時通過液晶屏幕顯示出測量溫度和環境溫度，以此模擬解決宿舍成員排查體溫的難題。

4 結論

本次項目為設計一個安裝在宿舍里的智能終端。正值疫情返校之際，排查體溫仍是重中之重。通過紅外感應每天早晚對人體體溫檢測，異常報警，同時還有LED燈和鬧鐘功能，通過使用者的時間設定來智能開關，保證給使用者一個健康舒適的環境。為師生提供更高效的服務、更舒適的居住環境的同時，起到育人的作用，給予住宿師生更美好的未來。如今智能化已越來越發達，生活中許多常見的事情都可以被智能化替代。正值疫情返校期間，智能宿舍管理系統可以幫助工作人員排查病情，還可以改善我們宿舍生活的種種不便。終有一天智能化會進入到我們生活的方方面面。