陳耀釗 李雪竹

摘 要：隨著高等教育的快速發(fā)展，高校的招生規(guī)模日益擴大，大學(xué)生宿舍管理也更加困難。大學(xué)生的數(shù)量日益增多，人工管理宿舍的弊端逐漸凸顯，而宿舍管理對于高校來說又是保證學(xué)生管理質(zhì)量的重要部分，針對校園宿舍管理方面的難題，設(shè)計了一款基于云平臺的學(xué)生宿舍智能化管理系統(tǒng)，提高宿舍管理的質(zhì)量與效率，保證學(xué)生的身心健康，為高校宿舍的管理提供諸多便利。

關(guān)鍵詞：云平臺;宿舍管理;高校大學(xué)生

宿舍是高校學(xué)子在校內(nèi)的主要聚集地，也是除了課堂學(xué)習(xí)之外，最重要的生活與活動場所。但是根據(jù)最新的調(diào)查研究顯示，當(dāng)代大學(xué)生在宿舍內(nèi)的平均睡眠時間低于六小時。并且其中絕大部分是因為學(xué)習(xí)之外的原因熬夜從而沒有按時就寢睡覺，導(dǎo)致第二天精神萎靡，甚至無法按時起床，嚴重影響之后的學(xué)習(xí)生活。除此之外，平時在校期間，學(xué)生的外出與夜歸情況也都需要學(xué)校管理人員能夠及時掌握到。并且，每逢節(jié)假日，學(xué)生在放假時的離校情況，與放假后的返校情況也都是學(xué)生宿舍管理工作的重點之一。因此，設(shè)計一套基于云平臺的高校宿舍智能化管理系統(tǒng)，既能夠?qū)W(xué)生在宿舍內(nèi)的就寢與起床情況進行實時監(jiān)測又可以對學(xué)生宿舍的人員流動情況進行實時的掌握。與此同時，還可以加強老師和學(xué)校管理人員對于學(xué)生實際生活動態(tài)的了解。讓老師全方位了解學(xué)生在宿舍內(nèi)的生活情況，使其更加走進學(xué)生，更加融入學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，更加有利于其對于學(xué)生的教育和管理。

一、高校宿舍管理現(xiàn)狀分析

（一）宿舍管理現(xiàn)狀

近年來，校園涌現(xiàn)出越來越多的信息管理系統(tǒng)，逐步覆蓋了校園內(nèi)各類教學(xué)與管理業(yè)務(wù)，校園的管理水平和管理效率在各類系統(tǒng)的協(xié)助下取得了長足發(fā)展。每年的大學(xué)生人數(shù)都在增加，對高校來說每年的大學(xué)生宿舍管理越來越難。就現(xiàn)在來說大部分大學(xué)雖然在學(xué)生學(xué)籍管理方面應(yīng)用了高效的信息系統(tǒng)，但管理方式仍以人工管理為主。高校的大學(xué)生宿舍管理大部分在使用這種傳統(tǒng)的管理方式，大部分的學(xué)生宿舍管理工作都是由宿管員和輔導(dǎo)員負責(zé)。這些管理工作對于宿管員和輔導(dǎo)員來說，既煩瑣工作量又大，而且會消耗大量的人力、物力和財力，從而不利于高校的長遠發(fā)展。

（二）宿舍管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，市場上出現(xiàn)過許多學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)，其所提供的配置大多數(shù)都是站在學(xué)生的生活需求上面來設(shè)計的，如有：查詢水電費、繳納水電費，通過智能手機應(yīng)用程序遠程控制宿舍的燈光、空調(diào)、窗簾、窗戶，盜竊預(yù)警、火災(zāi)預(yù)警、使用大功率電器預(yù)警等。但是，無論是國內(nèi)還是國外，站在老師、家長的需求上設(shè)計可監(jiān)測學(xué)生就寢情況的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)少之又少。

二、系統(tǒng)設(shè)計方案

（一）系統(tǒng)整體設(shè)計

宿舍管理系統(tǒng)基于人體紅外傳感器、ZigBee、和OneNet云平臺，通過在寢室門和各床位上安裝的人體紅外傳感裝置采集數(shù)據(jù)，經(jīng)ZigBee將數(shù)據(jù)傳送至子站，子站再將匯集到的數(shù)據(jù)經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)傳送至OneNet云平臺，OneNet云平臺對數(shù)據(jù)進行存儲與處理，再根據(jù)用戶權(quán)限將數(shù)據(jù)傳送至App，實現(xiàn)一種高效的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)整體運作流程如圖1所示。

（二）系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）在App中實時查看宿舍人員流動情況及學(xué)生就寢情況。老師和家長通過在App中輸入學(xué)生的相關(guān)信息（學(xué)院、專業(yè)班級、學(xué)生姓名）便能查看到此時學(xué)生宿舍內(nèi)有多少人，是否在床上睡覺，方便老師和家長對學(xué)生進行就寢管理，減少管理人員查寢的工作量。

（2）晚歸、晚睡及缺課消息的及時通知。若學(xué)生出現(xiàn)以下情況：超過學(xué)校規(guī)定的晚歸時間還未回寢室;到了半夜12點還未上床就寢;早上在有課的情況下未及時起床等，系統(tǒng)能及時發(fā)出報警信號，并將報警信號、報警類型、學(xué)生姓名、學(xué)生手機號碼上傳云平臺，老師與家長通過授權(quán)方式就能很方便查詢學(xué)生違規(guī)情況。對于特殊情況，如學(xué)生晚上未歸、睡懶覺不按時上課等信息，系統(tǒng)能以短信的方式及時反饋給輔導(dǎo)員和學(xué)生家長，方便輔導(dǎo)員與學(xué)生家長提醒學(xué)生及時糾錯。

（3）對返校情況的及時確定。目前，收假后學(xué)生的返校情況只能由學(xué)生管理員一一排查，或由班干排查后統(tǒng)一向?qū)W校匯報。這兩種方法不僅費時費力，且統(tǒng)計結(jié)果有可能與真實情況不符，這將嚴重影響到學(xué)生切身安全問題，同時使得學(xué)校和父母無法真正的了解學(xué)生是否安全到校。該系統(tǒng)可根據(jù)寢室人員流動情況變相的完成返校情況的檢查。

（4）云平臺中作息情況分析云平臺會根據(jù)傳感器采集到的信息統(tǒng)計出該生一周、一個月、一季度和一年的就寢時間，學(xué)生通過授權(quán)能在App查詢自己的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，方便學(xué)生總結(jié)與反思前一段時間的生活作息狀況，便于學(xué)生主動養(yǎng)成健康的生活作息規(guī)律。

（5）對學(xué)生起床與就寢的提醒。若有課的時段，云平臺通過課表與單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行匹配，判斷是否有學(xué)生未及時起床或者未出門，如果學(xué)生未及時起床或未及時出門，單片機將控制揚聲器發(fā)出起床鈴聲或盡快出門的提示語，進行強制性干預(yù)，以減少大學(xué)生上課缺勤遲到的情況。如果有學(xué)生未及時就寢或及回歸情況，系統(tǒng)亦能以短信及語音方式予以提醒。功能如圖2所示。

三、宿舍智能化管理系統(tǒng)設(shè)計

（一）硬件感知系統(tǒng)

本系統(tǒng)分為檢測模塊和傳輸模塊，采用的主控制器是51單片機，型號是STC89C52RC，是STC公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位控制器，具有8K字節(jié)系列可編程Flash存儲器。

檢測模塊由HC-SR501人體紅外傳感器搭建，靈敏度高、可靠性強、超低電壓供電，有兩種觸發(fā)方式。門邊先后安放兩個傳感器，利用傳感器檢測到信號的先后順序判斷人員進出情況，用來統(tǒng)計宿舍內(nèi)人數(shù);在宿舍每個床位安放一個傳感器，用來檢測學(xué)生就寢狀況。寢室傳感器分布圖如圖3所示。

傳輸模塊采用E32-433T27D無線串口通信模塊，支持LoRa直序擴頻技術(shù)，低功耗，傳輸距離遠可達5000m以上，抗干擾能力強，擁有較高的保密性能。該模塊的通信接口為UART接口，與單片機連接采用串口通信全雙工模式進行數(shù)據(jù)的傳輸。利用MCU“中斷+定時器超時”的方式控制該模塊，一旦射頻模塊完成數(shù)據(jù)的接受或發(fā)送，立刻進入休眠模式，達到低功耗的目的?？赏ㄟ^對模塊的設(shè)置，使得模塊參數(shù)將會保存，即使掉電，也會在上電后依舊按照設(shè)置好的參數(shù)執(zhí)行命令。模塊內(nèi)有看門狗，在發(fā)生異常情況時，可及時重啟并按照之前的設(shè)置繼續(xù)工作。無線串口通信模塊將從單片機上所接收到的宿舍人數(shù)、就寢情況、睡眠時長等信息通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)上傳至子站，完成數(shù)據(jù)的采集、整理與發(fā)送。

（二）網(wǎng)絡(luò)傳輸

該系統(tǒng)主要利用無線通信網(wǎng)絡(luò)將樓內(nèi)的每一間宿舍分機與一棟宿舍的主機連接成一個網(wǎng)絡(luò)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將單片機收集的信息傳輸至子站，利用校園內(nèi)的有線網(wǎng)絡(luò)將子站與云平臺連接并進行數(shù)據(jù)輸送，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至手機APP，實現(xiàn)對各宿舍情況的集中管理。

宿舍至子站的數(shù)據(jù)傳輸線路由Zigbee無線通訊模塊構(gòu)成。ZigBee 是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，具有成本低、功耗小、設(shè)備穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要包含三種節(jié)點類型：ZigBee 協(xié)調(diào)器（ZigBee，Coordinator，ZC）、ZigBee路由器（ZigBee，Router，ZR）和終端節(jié)點（ZigBee，End，Device，ZED）。終端節(jié)點接收到來自單片機的數(shù)據(jù)，傳輸至路由器，路由器可以運行一個存放有路由協(xié)議的精簡協(xié)議棧，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的路由，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)建立的起點，負責(zé)PAN 網(wǎng)絡(luò)的初始化，確定PAN的ID號和PAN操作的物理信道并統(tǒng)籌短地址分配，子站與每個傳感器之間有專屬的地址，并與傳輸至云平臺的有線網(wǎng)絡(luò)相連接。無線通信模塊與宿舍的單片機USB口相連接，單片機將檢測到的人體紅外傳感器數(shù)據(jù)通過串行口傳送到無線通信模塊。無線模塊接將收的信息，傳輸至子站。

子站接收到數(shù)據(jù)后，通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綄W(xué)校云平臺。有線傳輸技術(shù)最主要的特點就是需要借助于電纜或者光纜等傳輸介質(zhì)完成信息傳輸，利用TCP/IP協(xié)議，并通過以太網(wǎng)進行傳輸。云平臺接收到傳輸來的數(shù)據(jù)并整合后，通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至手機APP。4G網(wǎng)絡(luò)具有通信速度快、覆蓋范圍廣、通信靈活、高質(zhì)量通信、頻率效率高且費用便宜的特點。網(wǎng)絡(luò)傳輸流程如圖4所示。

（三）云平臺

云服務(wù)器，可在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)將硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等系列資源統(tǒng)一起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、儲存、處理和共享。單片機將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器后，云平臺進行存儲與處理，當(dāng)手機App用戶發(fā)送查詢請求時，與其建立連接并根據(jù)用戶所具有的權(quán)限，反饋相應(yīng)的信息至手機App。在云服務(wù)器中建立數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫包含4個表，分別是：學(xué)生信息表、課程表、宿舍人員出入情況表和宿舍人員休息情況表，所述學(xué)生信息表用于存儲學(xué)生的姓名、學(xué)院、專業(yè)、班級、學(xué)號、電話號碼、登錄密碼、宿舍號、床位號等信息;所述課程表用于存儲全部班級的課程信息;所述宿舍人員出入情況表用于存儲宿舍號、宿舍內(nèi)人數(shù)等信息;所述宿舍人員休息情況表用于存儲宿舍號、床位號和宿舍人員在床時間。OneNet是一款由中國移動打造的PaaS物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，適配各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議類型、支持各類傳感器和智能硬件的快速接入和大數(shù)據(jù)服務(wù)的云計算平臺開發(fā)工具，因此，采用OneNet搭建云服務(wù)器。設(shè)備終端在接入OneNet設(shè)備云之前，需在平臺網(wǎng)站注冊用戶賬號，登錄中國物聯(lián)網(wǎng)開放平臺官方網(wǎng)站即可用郵箱賬號注冊。之后用戶可憑借此賬號登錄OneNet設(shè)備云平臺首頁進行新建項目、新增設(shè)備、新增數(shù)據(jù)流、查看數(shù)據(jù)、新增觸發(fā)器、添加APIKEY、新建應(yīng)用等操作，各項操作完成后，OneNet會為每個虛擬設(shè)備自動分配唯一的設(shè)備ID和PIKEY，憑借此時的設(shè)備ID和APIKEY可使智能硬件、遠程移動控制端與OneNet設(shè)備云建立TCP連接。在單片機將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到OneNet之前，需要給單片機配置與OneNet對應(yīng)的設(shè)備ID與APIKEY，才可實現(xiàn)單片機與OneNet的互連。

單片機將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器后，云平臺進行存儲與處理，當(dāng)手機App用戶發(fā)送查詢請求時，與其建立連接并根據(jù)用戶所具有的權(quán)限，反饋相應(yīng)的信息至手機App。如圖5所示。

四、結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于人體紅外傳感與無線通信的學(xué)生宿舍智能化管理系統(tǒng)，在不侵犯學(xué)生隱私的前提下，從傳統(tǒng)的查寢變?yōu)橹悄懿閷嫞苡行椭奚峁芾砣藛T與學(xué)生管理人員對學(xué)生宿舍的管理，減輕了管理人員的勞動強度，也有利于節(jié)省學(xué)校在宿舍管理上的開支，同時也便于學(xué)生及時了解自己的作息習(xí)慣，以培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的生活、學(xué)習(xí)習(xí)慣，更大程度上的為學(xué)生、管理人員、家長提供方便。以實現(xiàn)一套更完善、更全 面、更智能，更便利，更簡潔的學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)。

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