盧喜利　周月鵬

摘要：針對(duì)目前智能宿舍的現(xiàn)狀，本文提出營(yíng)造更加安全、舒適的宿舍環(huán)境，提出基于樹莓派和STC89C52RC單片機(jī)的智能宿舍管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)利用樹莓派搭載服務(wù)，與NFC門禁相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)的智能宿舍系統(tǒng)中必須用PC機(jī)做服務(wù)器。采用STC89C52RC單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片，配合溫度、濕度、光照、火焰、氣體等傳感器，實(shí)現(xiàn)宿舍環(huán)境的舒適、安全和智能控制。

關(guān)鍵詞：智能宿舍；樹莓派電腦；門禁管理；DHT11；STC89C52RC

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）27-0044-03

Design and Development of Intelligent Dormitory System in Universities Based on Internet of things technology

LU Xi-li， ZHOU Yue-peng

（School of Information Science and Engineering， Shaoguan University， Shaoguan 512005， China）

Abstract： In view of the present situation of intelligent dormitory， we propose a safer and more comfortable dormitory environment. We used raspberry pie and STC89C52RC single chip microcomputer to design the intelligent dormitory management system. The raspberry was used to park service and combined with NFC entrance guard to overcome the traditional smart home system which must use PC as server. The STC89C52RC microcontroller is used as the main control chip of the system， and temperature， humidity， light， flame， gas and other sensors are used to realize the comfortable， safe and intelligent control of the dormitory environment.

Key words： intelligent dormitory ； raspberry pi； access control ； DHT11； STC89C52RC

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧城市、智能家居、智慧校園的建設(shè)也在如火如荼地進(jìn)行。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中相關(guān)的技術(shù)，應(yīng)用到智慧校園的建設(shè)過程中，將學(xué)生宿舍打造成舒適、安全的集體空間，該系統(tǒng)可以對(duì)學(xué)生宿舍實(shí)現(xiàn)智能開門、溫濕度查看、PM2.5監(jiān)控和火災(zāi)的監(jiān)控，如有火情可迅速進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生宿舍的安全、實(shí)時(shí)監(jiān)控，打造高校智能、安全、舒適的學(xué)生宿舍環(huán)境。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在校學(xué)生可以通過智能設(shè)備實(shí)時(shí)對(duì)宿舍各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，能隨時(shí)隨地處理門鈴請(qǐng)求，實(shí)時(shí)傳輸門禁圖像，接收?qǐng)?bào)警通知。當(dāng)接收到推送的門鈴服務(wù)時(shí)，根據(jù)傳送過來按門鈴的人的照片信息，確定是否開門；可以實(shí)時(shí)查看宿舍溫度、濕度；如果宿舍中PM2.5超標(biāo)，通過App打開排氣扇進(jìn)行換氣處理；當(dāng)接到App推送的火警信息后，可以一鍵報(bào)警，保證最短時(shí)間內(nèi)完成報(bào)警任務(wù)，有效提升宿舍的安全性與智能性。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能宿舍監(jiān)控系統(tǒng)包括了門禁管理模塊、溫濕度模塊、PM2.5模塊、火焰煙霧監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集和分析模塊、數(shù)據(jù)通信模塊以及PC機(jī)等[1]。

2.1 門禁管理模塊

門禁管理模塊主要通過手機(jī)App連接JAVA Web后臺(tái)程序，通過樹莓派接口對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)確認(rèn)需要開門時(shí)，則通過接口控制電機(jī)進(jìn)行開門操作。成功注冊(cè)的在校學(xué)生，在管理員處進(jìn)行登記，并獲得自己的門禁卡后，就能正常使用App，其中有移動(dòng)門鈴這項(xiàng)功能。用戶需要在設(shè)置中開啟“門鈴?fù)扑汀边x項(xiàng)，只要用戶打開了手機(jī)并連接上互聯(lián)網(wǎng)（用戶無需啟動(dòng)App），只要有訪客按下了相應(yīng)的門鈴按鈕，Java Web后臺(tái)就會(huì)推送到手機(jī)端。用戶可以像打電話一樣，查看推送的圖片（來電大頭貼），選擇開門或者不開門。門禁管理模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示：

2.2 溫度、濕度模塊

DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款具備已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保了產(chǎn)品具有極高的可靠性與優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性[2]。DHT11相關(guān)電路，如圖3所示：

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包含ntc測(cè)溫元件和抗干擾能力強(qiáng)的電阻式感濕元件。它采用單總線數(shù)據(jù)格式，里面的data信號(hào)用于微處理和DHT11之間的通信與同步，一次通信時(shí)間4ms左右。數(shù)據(jù)部分可以劃分為2個(gè)部分，它們都是由整數(shù)部分和小數(shù)部分組成。一個(gè)40位完整的數(shù)據(jù)，由高位首先進(jìn)行輸出。該40位的數(shù)據(jù)格式為：8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)，8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)，8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)，8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)，8位校驗(yàn)位。

2.3 PM2.5模塊

PM2.5傳感器用來感應(yīng)空氣中的塵埃顆粒，傳感器模塊主要有光電晶體管和發(fā)光二極管組成。光電晶體管可以探測(cè)塵埃的反射光，發(fā)光二極管射出的光碰到塵埃顆粒后發(fā)生反射，根據(jù)探測(cè)到的反射光的強(qiáng)度，判斷出空氣中塵埃顆粒的濃度。PM2.5模塊如圖4所示。

2.4 STC89C52RC單片機(jī)

STC89C52RC單片機(jī)是由STC公司生產(chǎn)的運(yùn)行功耗低、具有較高性能的CMOS 8位微型控制器芯片，它擁有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程的Flash存儲(chǔ)器，STC公司生產(chǎn)的STC89C52RC使用的是被大眾廣泛采用的MCS-51內(nèi)核，但在原本MCS-51的基礎(chǔ)上改進(jìn)了許多的不足，這樣就使得了這款微型處理器芯片比傳統(tǒng)的51單片機(jī)多了些沒有具備的功能[3-4]。STC89C52RC內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示：

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能宿舍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合目前廣泛應(yīng)用的NFC門禁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程包括軟件和硬件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，其中硬件部分設(shè)計(jì)通過NFC門禁實(shí)現(xiàn)，軟件部分通過Java Web后臺(tái)結(jié)合Android App客戶端進(jìn)行開發(fā)。Java Web實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、分析和記錄門禁數(shù)據(jù)。Android客戶端可以對(duì)門禁數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，完成用戶的注冊(cè)、移動(dòng)門鈴和報(bào)警等功能。

UI（User Interface）層泛指軟件的操作界面，是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介。好的UI設(shè)計(jì)不僅是指界面是否美觀，是否有個(gè)性有品味，而且還要看軟件的操作是否舒適、簡(jiǎn)單、自由。本系統(tǒng)在開發(fā)過程中參考騰訊公司的微信界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和調(diào)控。

1） 學(xué)生用戶界面

圖6為學(xué)生用戶界面。

學(xué)生用戶界面由主頁，歷史和設(shè)置三個(gè)界面組成。主頁中可以看到實(shí)時(shí)畫面，歷史界面可以查看個(gè)人出入記錄，門鈴記錄，報(bào)警記錄以及溫濕度，亮度等記錄。設(shè)置界面可以進(jìn)行個(gè)人資料，門鈴?fù)扑秃蛨?bào)警推送的設(shè)置。

2） 管理員主界面

管理員主界面有建筑管理，樓層管理，房間管理，用戶管理和按鍵密碼開門五個(gè)模塊。建筑、樓層、房間與用戶管理都只能由管理員的側(cè)拉菜單進(jìn)入，功能類似，都是實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑、樓層、房間與用戶的增刪改查。

4 結(jié)論

本文中系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了考慮安全、便捷，同時(shí)考慮了宿舍環(huán)境的舒適和智能控制。通過樹莓派電腦和STC89C52RC單片機(jī)，結(jié)合一系列的傳感器和無線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生宿舍的智能管理和控制，給廣大高校學(xué)生提供平安、舒適的休息空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳愛武，郭丙琴.基于LabVIEW學(xué)生宿舍智能監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（8）.

[2] 呂強(qiáng)，劉玉華，劉志軍，等.基于Zigbee技術(shù)的無線溫濕度檢測(cè)終端設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程， 2008（7）.

[3] 郝光健.基于LabVIEW和單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[4] 戴杉虎.基于STC89C52RC單片機(jī)的罩杯定型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2018（8）.

[通聯(lián)編輯：梁書]