李高鵬,熊作順,顏宏偉,陳宇航
(東南大學(xué)成賢學(xué)院電子與計算機工程學(xué)院,江蘇南京,210000)
智慧宿舍是高校宿舍分散獨立管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的集成,是傳統(tǒng)高校宿舍管理的升華。通過物聯(lián)感知、互聯(lián)網(wǎng)、智能分析和輔助決策,實現(xiàn)對高校宿舍主要管理和服務(wù)需求的綜合動態(tài)管理,實現(xiàn)高校宿舍對學(xué)生的精細化管理與活動記錄,實現(xiàn)為師生提供高效便捷服務(wù),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(wù)水平[1]。
系統(tǒng)主要分為幾個模塊:單片機控制部分,測溫模塊,數(shù)據(jù)顯示模塊,鬧鐘模塊,報警模塊,LED燈。
圖1 模塊圖
本系統(tǒng)開發(fā)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(qū)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(lián)系,LCD顯示屏顯示測量體溫值、環(huán)境溫度值和時間,溫度達到閾值觸發(fā)報警,外加LED燈根據(jù)根據(jù)設(shè)定時間實現(xiàn)亮滅,當?shù)竭_指定時間點時觸發(fā)鬧鐘,蜂鳴器響起,繼此實現(xiàn)所有功能。
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(zhuǎn)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(nèi)高精度的程序算法得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)顯示模塊:數(shù)據(jù)顯示模塊采用stm32f103單片機,使用編程工具編寫實現(xiàn)體溫數(shù)據(jù)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(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學(xué)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(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境(μVision)將這些部分組合在一起。通過編譯相應(yīng)的代碼,將溫度采集,時間等數(shù)據(jù)顯示到顯示屏上,便于觀察。
圖2 測溫模塊
圖3 數(shù)顯模塊
鬧鐘模塊:通過設(shè)置計時器時間,將鬧鐘調(diào)至7點30分準時觸發(fā)蜂鳴器,達到鬧鐘的效果,程序調(diào)試、編譯,執(zhí)行程序,通過硬件設(shè)備現(xiàn)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(shè)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(tài);當走時進行到7:30時LED燈亮起,蜂鳴器鳴叫持續(xù)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(xué)生早上起床,優(yōu)化宿舍的時間分配,達到鈴叫燈亮,學(xué)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(fā),通過設(shè)置溫度閾值,為方便調(diào)試觀察,將溫度閾值設(shè)置為36℃,紅外探頭檢測到后,觸發(fā)蜂鳴器及LED燈,達到報警效果。當所測體溫超過設(shè)置的溫度閾值時,蜂鳴器持續(xù)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。
紅外探頭,LED燈,顯示屏等器件合理地應(yīng)用在單片機上,設(shè)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(shè)計的難點在于:通過單片機能夠?qū)崿F(xiàn)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(shè)備盡可能減小溫度的誤差,代碼部分通過Keil C51在內(nèi)部進行調(diào)試。連接電源啟動開關(guān)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(shè)定時間點,LED燈由熄滅狀態(tài)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(wù);紅外測溫模塊為了方便觀察將溫度閾值設(shè)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(fā)聲光報警系統(tǒng)蜂鳴器響起并持續(xù)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(huán)境溫度,以此模擬解決宿舍成員排查體溫的難題。
本次項目為設(shè)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(yīng)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(shè)定來智能開關(guān),保證給使用者一個健康舒適的環(huán)境。為師生提供更高效的服務(wù)、更舒適的居住環(huán)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(fā)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(tǒng)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。