張里 經(jīng)廷偉 趙佳 陳思宇 焦朋輝 重慶理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院

基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置

張里 經(jīng)廷偉 趙佳 陳思宇 焦朋輝 重慶理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院

針對高校曠課現(xiàn)象的普遍及教室“人走燈未滅”等問題，采用單片機設(shè)計了基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置。該系統(tǒng)將利用GSM、PFID以及紅外技術(shù)，通過簡便的操作流程使其能夠方便的運用在校園的各個教室中，根據(jù)每個教室的課表對學(xué)生進行刷卡考勤，并根據(jù)教室的人數(shù)控制照明系統(tǒng)，確保高校最優(yōu)化的能源運用以及最低的曠課早退現(xiàn)象。

教室 RFID 智能 燈控 考勤

隨著社會的進步與文化教育的普遍覆蓋，我國大學(xué)生數(shù)量正在逐步上升。據(jù)《法制晚報》報道：我國第六次人口普查數(shù)據(jù)顯示，全國具有大學(xué)（指大專以上）文化程度的人口近1.2億。同第五次全國人口普查相比，每10萬人口中具有大學(xué)文化程度的由3611人上升為8930人，人數(shù)翻了一倍多?？傻贸鲈谛４髮W(xué)生數(shù)量也遠超以往。人數(shù)的激增，導(dǎo)致的一系列教育監(jiān)督問題和資源利用問題等也隨之而來。本文針對這兩個問題進行基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的設(shè)計，從而實現(xiàn)嚴格考勤和響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召。

1 主要的問題分析

1.1 教育監(jiān)督問題

隨著在校大學(xué)生人數(shù)的增加，高校各個課程的學(xué)習(xí)人數(shù)也增加至幾十上百人，人為課堂考勤的時間增加，導(dǎo)致老師減少考勤次數(shù)從而無法關(guān)注每位學(xué)生的具體出勤情況。加之大學(xué)學(xué)習(xí)生活的自由性與高中激烈的競爭性產(chǎn)生強大的落差，致使學(xué)生產(chǎn)生長期曠課、早退的普遍現(xiàn)象，學(xué)校的文化教育效果便受到了很大的沖擊。

1.2 能源耗費問題

在校大學(xué)生數(shù)量的增加，也促使了各高校新修教學(xué)樓以及新校區(qū)的修建，如此多的教學(xué)空間所涉及到的電能消耗是巨大的。教室的用電設(shè)備常常在無人的情況下也是使用狀態(tài)，通過對電能消耗的初略計算，數(shù)據(jù)表明，一個100瓦的燈泡熄滅一個小時，可以節(jié)約0.1度電，而節(jié)省0.1度電可以減少排放二氧化碳0.1千克，節(jié)省煤粉10克?，F(xiàn)在的教室一般有24盞日光燈，往往照明一天，可知僅僅是電燈照明，對不可再生能源的消耗以及二氧化碳的排放有著巨大的影響。現(xiàn)在的燈光控制情況，多由人工進行，如若將燈光的控制通過一定的軟硬件設(shè)計實現(xiàn)智能化控制，那將極大的減少無人時能源的損耗，也避免了人工的反復(fù)檢查控制。

以上便是基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的設(shè)計初衷，在考勤的同時又達到了節(jié)約能源的效果。

2 裝置工作原理

系統(tǒng)整體框圖見圖1，燈控與考勤裝置以GSM模塊、RFID模塊、紅外感應(yīng)模塊為基礎(chǔ)，結(jié)合智能門禁技術(shù)、通信技術(shù)等信息科學(xué)技術(shù)給大學(xué)校園教室設(shè)計一款節(jié)能兼考勤的門禁裝置。

當(dāng)裝置通電初始化后，自動讀取全校課表，通過時間點來判斷現(xiàn)在是否是上課時間。若是上課時間，自動調(diào)整為考勤模式，并記錄此間進入教室的ID，與該課對應(yīng)班級學(xué)生的ID進行匹配記錄，記錄下遲到，曠課的ID。當(dāng)有學(xué)生通過RFID刷卡進出教室時，MCU記錄進出時間節(jié)點，通過時長判斷是否為早退行為，下課后，通過GSM短信將曠課、遲到、早退的同學(xué)名單發(fā)送至任課老師手機上。若MCU判斷此時間后一段時間不是上課時間，則調(diào)整為自習(xí)計時模式即記錄學(xué)生自主上自習(xí)的時間，將總時長進行排名。當(dāng)學(xué)生刷卡退出教室后，通過GSM短信將該同學(xué)的自習(xí)時長發(fā)送至其手機上。

MCU會記錄刷卡進，與刷卡出的人數(shù)，在MCU記錄的同時，紅外感應(yīng)裝置也在進行計數(shù)。為了防止有同學(xué)未刷卡而離開，若紅外與MCU記錄的數(shù)據(jù)不同時，則以紅外線計數(shù)為準做出調(diào)整，判斷該同學(xué)是否為最后一位刷卡出教室的人。當(dāng)MCU判斷出現(xiàn)在刷卡的是最后一位出教室的同學(xué)，語音提示“請關(guān)燈”，若未關(guān)燈，則MCU發(fā)出指令進行延時熄滅燈光。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3 各部分設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

燈控與考勤裝置可分為門禁刷卡系統(tǒng)、紅外檢測部分、以及燈控部分這三大部分。硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

門禁刷卡系統(tǒng)包含了MCU主控單片機、RFID、GSM以及語音模塊。MCU主控為該設(shè)計的核心，是該設(shè)計的大腦，所有的控制指令以及判斷都是由MCU來進行。紅外檢測部分進行信號的采集，發(fā)送到MCU，是MCU進行計數(shù)和判斷的依據(jù)。燈控部分由繼電器構(gòu)成，是由MCU發(fā)出指令進行控制，可實現(xiàn)電路的實時通斷，從而達到燈光控制的效果。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)上電初始化后再開放所有的中斷，隨即讀取課表信息并判斷當(dāng)前教室是否處于上課時間，若上課時間，則進行考勤模式。反之則是無課時間，則進行室自習(xí)計時模式，并實時判斷進出人數(shù)是否滿足斷電要求。軟件結(jié)構(gòu)流程圖見圖3。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖3 軟件結(jié)構(gòu)流程圖

4 結(jié)語

隨著大學(xué)生素質(zhì)教育難度的不斷增加，世界能源的不斷匱乏，以及智能化，現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，更加促使了監(jiān)督與控制體系的全面性和科學(xué)性，讓建立一套完整的智能教室考勤與燈控系統(tǒng)成為必然。在物質(zhì)生活富裕的當(dāng)代，提倡高素質(zhì)、有文化、有內(nèi)涵的教育理念下，讓基于GSM、RFID的教室智能燈控與考勤裝置的市場需求性提供了前提。同時該裝置成本低，有很好的通用性，具有一定的推廣價值。

[1]葉祝頤；理性看待大學(xué)生數(shù)量翻倍；《教育與職業(yè)》；2011年28期

[2]百度百科；STM32

[3]王仲旭.RFID讀寫器通信性能測試平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué).2009

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[7]《紅外探測儀在防滅火中的應(yīng)用》作者:陳振永,張吉林,周軍民《Zhongzhou Coal》,2004(4):59-59

[8]GSM短信息智能控制器的設(shè)計與實現(xiàn).周光彬,曾孝平-《微計算機信息》-2007

[9]基于GSM網(wǎng)絡(luò)的短信控制與報警系統(tǒng)的設(shè)計.劉詩雨,孫佳勝,王程-《數(shù)字化用戶》-2013

[10]基于GSM的短信控制系統(tǒng)設(shè)計.張魯,許春磊-《中國科技信息》-2006

張里，1979—，男，實驗師，計算機軟件專業(yè)碩士。從2001至今在重慶理工大學(xué)工作，長期從事電子信息技術(shù)與計算機控制教學(xué)和研究工作，有著多年的控制算法理論，具有較強的工程項目研究經(jīng)歷，參與了多項智能控制系統(tǒng)項目研究。

2016年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，重慶市級創(chuàng)新訓(xùn)練項目《基于GSM、RFID、紅外技術(shù)的教室智能燈控與考勤裝置》。