基于GSM、RFID的教室智能灯控与考勤装置

张里 经廷伟 赵佳 陈思宇 焦朋辉 重庆理工大学电气与电子工程学院

基于GSM、RFID的教室智能灯控与考勤装置

张里 经廷伟 赵佳 陈思宇 焦朋辉 重庆理工大学电气与电子工程学院

针对高校旷课现象的普遍及教室“人走灯未灭”等问题，采用单片机设计了基于GSM、RFID的教室智能灯控与考勤装置。该系统将利用GSM、PFID以及红外技术，通过简便的操作流程使其能够方便的运用在校园的各个教室中，根据每个教室的课表对学生进行刷卡考勤，并根据教室的人数控制照明系统，确保高校最优化的能源运用以及最低的旷课早退现象。

教室 RFID 智能 灯控 考勤

随着社会的进步与文化教育的普遍覆盖，我国大学生数量正在逐步上升。据《法制晚报》报道：我国第六次人口普查数据显示，全国具有大学（指大专以上）文化程度的人口近1.2亿。同第五次全国人口普查相比，每10万人口中具有大学文化程度的由3611人上升为8930人，人数翻了一倍多。可得出在校大学生数量也远超以往。人数的激增，导致的一系列教育监督问题和资源利用问题等也随之而来。本文针对这两个问题进行基于GSM、RFID的教室智能灯控与考勤装置的设计，从而实现严格考勤和响应国家节能减排的号召。

1 主要的问题分析

1.1 教育监督问题

随着在校大学生人数的增加，高校各个课程的学习人数也增加至几十上百人，人为课堂考勤的时间增加，导致老师减少考勤次数从而无法关注每位学生的具体出勤情况。加之大学学习生活的自由性与高中激烈的竞争性产生强大的落差，致使学生产生长期旷课、早退的普遍现象，学校的文化教育效果便受到了很大的冲击。

1.2 能源耗费问题

在校大学生数量的增加，也促使了各高校新修教学楼以及新校区的修建，如此多的教学空间所涉及到的电能消耗是巨大的。教室的用电设备常常在无人的情况下也是使用状态，通过对电能消耗的初略计算，数据表明，一个100瓦的灯泡熄灭一个小时，可以节约0.1度电，而节省0.1度电可以减少排放二氧化碳0.1千克，节省煤粉10克。现在的教室一般有24盏日光灯，往往照明一天，可知仅仅是电灯照明，对不可再生能源的消耗以及二氧化碳的排放有着巨大的影响。现在的灯光控制情况，多由人工进行，如若将灯光的控制通过一定的软硬件设计实现智能化控制，那将极大的减少无人时能源的损耗，也避免了人工的反复检查控制。

以上便是基于GSM、RFID的教室智能灯控与考勤装置的设计初衷，在考勤的同时又达到了节约能源的效果。

2 装置工作原理

系统整体框图见图1，灯控与考勤装置以GSM模块、RFID模块、红外感应模块为基础，结合智能门禁技术、通信技术等信息科学技术给大学校园教室设计一款节能兼考勤的门禁装置。

当装置通电初始化后，自动读取全校课表，通过时间点来判断现在是否是上课时间。若是上课时间，自动调整为考勤模式，并记录此间进入教室的ID，与该课对应班级学生的ID进行匹配记录，记录下迟到，旷课的ID。当有学生通过RFID刷卡进出教室时，MCU记录进出时间节点，通过时长判断是否为早退行为，下课后，通过GSM短信将旷课、迟到、早退的同学名单发送至任课老师手机上。若MCU判断此时间后一段时间不是上课时间，则调整为自习计时模式即记录学生自主上自习的时间，将总时长进行排名。当学生刷卡退出教室后，通过GSM短信将该同学的自习时长发送至其手机上。

MCU会记录刷卡进，与刷卡出的人数，在MCU记录的同时，红外感应装置也在进行计数。为了防止有同学未刷卡而离开，若红外与MCU记录的数据不同时，则以红外线计数为准做出调整，判断该同学是否为最后一位刷卡出教室的人。当MCU判断出现在刷卡的是最后一位出教室的同学，语音提示“请关灯”，若未关灯，则MCU发出指令进行延时熄灭灯光。

图1 系统总体框图

3 各部分设计

3.1 硬件设计

灯控与考勤装置可分为门禁刷卡系统、红外检测部分、以及灯控部分这三大部分。硬件结构框图见图2。

门禁刷卡系统包含了MCU主控单片机、RFID、GSM以及语音模块。MCU主控为该设计的核心，是该设计的大脑，所有的控制指令以及判断都是由MCU来进行。红外检测部分进行信号的采集，发送到MCU，是MCU进行计数和判断的依据。灯控部分由继电器构成，是由MCU发出指令进行控制，可实现电路的实时通断，从而达到灯光控制的效果。

3.2 系统软件设计

系统上电初始化后再开放所有的中断，随即读取课表信息并判断当前教室是否处于上课时间，若上课时间，则进行考勤模式。反之则是无课时间，则进行室自习计时模式，并实时判断进出人数是否满足断电要求。软件结构流程图见图3。

图2 硬件结构框图

图3 软件结构流程图

4 结语

随着大学生素质教育难度的不断增加，世界能源的不断匮乏，以及智能化，现代化的飞速发展，更加促使了监督与控制体系的全面性和科学性，让建立一套完整的智能教室考勤与灯控系统成为必然。在物质生活富裕的当代，提倡高素质、有文化、有内涵的教育理念下，让基于GSM、RFID的教室智能灯控与考勤装置的市场需求性提供了前提。同时该装置成本低，有很好的通用性，具有一定的推广价值。

[1]叶祝颐；理性看待大学生数量翻倍；《教育与职业》；2011年28期

[2]百度百科；STM32

[3]王仲旭.RFID读写器通信性能测试平台的设计与实现[D].北京邮电大学.2009

[4]吴亦甫.射频识别_RFID_技术分析及其应用研究[D].西南石油大学.2011

[5]孙晔等.RFID射频识别技术及应用[J].电大理工.2009

[6]《酒店电能消耗特点及节能建议》作者：李士双《建筑电气》,2015(8):10-16

[7]《红外探测仪在防灭火中的应用》作者:陈振永,张吉林,周军民《Zhongzhou Coal》,2004(4):59-59

[8]GSM短信息智能控制器的设计与实现.周光彬,曾孝平-《微计算机信息》-2007

[9]基于GSM网络的短信控制与报警系统的设计.刘诗雨,孙佳胜,王程-《数字化用户》-2013

[10]基于GSM的短信控制系统设计.张鲁,许春磊-《中国科技信息》-2006

张里，1979—，男，实验师，计算机软件专业硕士。从2001至今在重庆理工大学工作，长期从事电子信息技术与计算机控制教学和研究工作，有着多年的控制算法理论，具有较强的工程项目研究经历，参与了多项智能控制系统项目研究。

2016年大学生创新创业训练项目，重庆市级创新训练项目《基于GSM、RFID、红外技术的教室智能灯控与考勤装置》。