基于ZigBee网络的教学楼管理系统在高校中的应用

明亮

摘 要：ZigBee技术是一种全新的短距离无线传感器网络标准，其专注于商业建筑自动化、工厂车间管理和家庭居住控制这三大无线传感器网络市场领域。一个基于ZigBee的教学楼管理系统，可以将传统的教学楼变成全新的现代化教学楼，为高校师生的学习和生活提供便利。

关键词：高校；ZigBee技术；教学楼管理；应用

进入信息时代后，各类高校要提高教育教学水平就必须借助信息技术来提高学校的生产效率和管理水平。无线网络技术的发展使得网络从基础架构到维护和管理都变得十分简单和智能，可以让高校根据自身的情况，按照实际的经济条件来构建自己的无线网络。用于无线网络建设的投资，对于高校而言不再成为一个负担。ZigBee技术是一种全新的短距离无线传感器网络标准，其专注于商业建筑自动化、工厂车间管理和家庭居住控制这三大无线传感器网络市场领域。一个基于ZigBee的教学楼管理系统，可以将传统的教学楼变成全新的现代化教学楼，为高校师生的学习和生活提供便利。

一、系统整体设计以及所实现的功能

基于ZigBee的教学楼管理系统便于安装与调试，功耗较低，并且改变了过去的监测过程受限、有线系统布线复杂的缺点，因此性价比较高。

本系统由汇聚数据的模块（协调器）、显示模块（液晶显示屏）、热释电红外传感器模块（人数统计模块）、温度传感器模块、光热传感器模块和路由模块（路由器）六部分组成。

其中，热释电红外传感器模块（人数统计模块）、温度传感器模块和光热传感器模块为数据采集终端节点。汇聚数据的模块需要组建ZigBee网络，并且要实现温度传感器模块、光热传感器模块和热释电红外传感器模块与上位机（PC）之间透明的数据传输；温度传感器模块需要采集、保存以及传递温度数据；光热传感器模块需要采集、保存以及传递光照数据；热释电红外传感器模块需要采集、保存以及传递人数数据；路由模块则需要将所有的数据转发出去。

由于上位机拥有的监控界面能够设置传感器模块的工作方式，因此数据汇聚模块是通过串口与上位机连接在一起。上位机通过数据汇聚模块将收集到的不同教室的数据整理后分别显示在相应教室的显示模块上。多个温度和光热传感器节点置于不同的教室区域，热释电红外传感器放置在每一个教室门口，所有的数据通过每个传感器节点传送给了汇聚节点，然后汇聚节点再对数据进行融合之后把它通过串口上传给上位机，让上位机对其进行深一步处理，从而给用户以显示。传感器模块节点与汇聚模块的距离太远，或者是待检测的区域障碍物比较多时，可以适当增加路由器的数量来稳定网络。

监控传感器模块的工作状态和能量的情况，对于上位机的监控界面来说是很需要的。在监控界面上可以设置传感器的工作模式，而且可以显示所有数据的地址。

整个教学楼管理系统如下所示（篇幅所限，图略）：

远程监控→系统服务器→（公共网络）→楼宇管理计算机→（RS232）→数据汇聚模块→（无线传输）→一定数量的无线节点（无线节点1、无线节点2、无线节点3、无线节点4、无线节点5……）→一定数量的传感模块（传感模块1、传感模块2、传感模块3、传感模块4、传感模块5……）→各个教室（教室1、教室2、教室3、教室4、教室5……）

二、在高校中的应用

在各个院校中，通常没有很复杂的网络应用。因此，我们可以将节点设备安装在每间教室，接通电源后系统将自动组网，Zigbee发送模块将每间教室采集到的人数流量、光照、湿度、温度等信息實时地发送到主控室的Zigbee接收模块上，数据再通过串口送入计算机，每间教室的各种信息通过网页进行显示。本设计构建了高性能的双向无线通信网络，具有低成本、低功耗、低复杂度、自动组建、方便维护、操作安全的特点，可以实现多个传感器同时检测，实时传输及自动控制的功能，具有很强的实用性。另外，本设计将实时传输的测控数据通过计算机网络进行显示，使用可连接入网的设备，访问者就能够随时随地登录并获取教学信息，高效而灵活；同时设立了后台管理系统，方便学校管理员监控和更新相关教室信息。

教学楼无线数据采集管理系统，若通过与照明系统、空调系统进行联网，根据采集到的数据情况自动控制照明系统、空调系统的开闭，可以达到节能减排、杜绝浪费的目的。

作为一种全新的短距离无线传感器网络标准，ZigBee应用广泛。通过ZigBee，我们可以将传统的教学楼变成全新的现代化教学楼，组建四通八达的教学网络，改善办学条件，更好地进行教学工作。

而要组建一个可靠性好、实用性强的网络，网络的规划与设计的成败决定着该网络能否满足校园预期的要求和功能。同样，网络规划与设计的好坏决定着该网络是否可用、是否有实用价值。本设计通过软硬联调，可以实现多条数据的发送与接收，并实现简单的数据统计与显示，通过串口可以将数据上传到上位机，网络的组网及路由效果良好。在短距离内，星形网络的连接可以保持通畅，各节点设备之间能够实现通信。

本设计完成了无线数据采集系统整体架构设计和底层硬件的具体实现，达到了预期要求，系统稳定性、响应速度等性能满足教学实际需求。该系统可同时对多个区域进行监测，同时安装维护简单，可以根据具体要求在数据采集模块上进行相应传感器的扩充，以完成特定数据采集。还可以将人数统计系统进行适当升级，比如采用人脸成像识别技术。这样，不仅能统计人数，还能识别上课的都是哪些学生。如此，就可以大大节约老师的点名时间，也便于学校的教学管理。

参考文献：

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[4]霍宏伟，郜帅，牛延超，张思东.基于室内传播模型的无线传感器

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（河南省洛阳职业技术学院）