基于全自动人数统计的教室能源优化及场地配置可视化信息系统的设计

谭烈埔 陈伟杰 欧婉璇 李建伟

【摘 要】基于全自动人数统计的教室能源优化及场地配置可视化信息系统在帮助学生通过安卓手机APP快速找到空教室自习、智能控制教室灯泡、统计教室人员数目等方面作用显著，具备实用性及广泛性特点。本文从剖析整体设计方案出发，分析了硬件设计及软件设计。

【关键词】安卓APP；智能控制教室；统计教室人员

中图分类号： U666.15 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）01-0186-002

【Abstract】Based on the fully automatic statistics of classroom energy optimization and site configuration visualization information system to help students quickly find empty classroom through Android mobile APP self-study，intelligent control of classroom bulbs，statistical classroom staff number plays a significant role，with practicality and extensive Features.Based on the analysis of the overall design scheme，this paper analyzes the hardware design and software design.

【Key words】Android APP；Intelligent control classroom；Statistical classroom staff

教室是学生学习最重要的一个场所之一，高校的教室不同于初高中的教室，每个学生都有自己固定的位置。高校的教室资源是一个公共资源，基于全自动人数统计的教室能源优化及场地配置可视化信息系统（简称为教室系统）可以有效的管理教室资源。教室系统把教室的座位资源以可视化的形式展示给学生，方便学生直接找到适合学习的教室。教室系统根据教室学生的人数，实现对教室灯光开关的自动控制，达到对电力资源经济运行，最大限度地充分利用和节约电力资源。

1 整体设计方案

基于全自动人数统计的教室能源优化及场地配置可视化信息系统主要组成模块包括五个，即数据采集模块、传感器无线组网模块、服务器数据处理模块、安卓APP模块、智能控制模块。通过两对红外对射器检测人员的进出情况并进行数据的采集，把采集到的数据及时地通过无线传感器传输给服务器，防止下位机突然掉电使数据丢失。服务器负责把数据进行综合处理并储存。服务器能响应安卓手机APP的请求，让学生可以在手机APP上查看教室的人数情况。下位机根据教室里的人数与室外的自然光强弱来自动控制教室灯泡的亮灭，以达到充分利用和节约电力资源的目的。该系统的系统组成框图如图1所示。

2 详细设计

基于全自动人数统计的教室能源优化及场地配置可视化信息系统可分为硬件设计与软件设计。硬件设计主要内容是数据采集模块、数据无线传输模块、智能控制模块的元器件选取与电路的设计。软件设计主要内容是数据采集模块、传感器无线组网模块、服务器数据处理模块、安卓APP模块、智能控制模块的软件设计与实现。

2.1 硬件设计

（1）数据采集模块的设计。在本系统中有两个数据是需要采集的，一是环境光的数据采集，这部分使用的传感器是CJMCU-TEMT6000环境光传感器。该传感器的最高灵敏度为 570nm，其具有±60°的较宽半灵敏度角度。尽管该器件对环境光非常敏感，但它可抑制红外线 （IR） 光谱，从而可提供类似“人眼”的更高可见光谱响应性。二是人员进出情况的数据采集，这部分使用了两对红外对射器分别是A和B进行采集。将两对红外对射器的发射器与接收器对准分别安装在门的两侧，使其能被人体切割红外线。

（2）数据无线传输模块的设计。数据无线传输模块主要是把各个节点采集到的数据传输给主节点，再由主节点发送给服务器。节点间的传输使用的是NRF24L01模块，该模块具有调试简便、通信距离长、传输速率高、成本低廉等优点。主节点与服务器间的通信使用的是ESP8266 WIFI模块，ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。

（3）智能控制模块的设计。智能控制模块主要是由继电器来控制教室灯泡的开关电路。继电器的开关是由教室内的人数和室外环境光的亮度来共同控制的。

2.2 软件设计

（1）数据采集模块的软件设计。本系统的主芯片选用STM32F103RCT6单片机，开发平台选用KEIL MDK5，开发语言选用C语言。环境光的数据采集使用的是片内的AD。人员进出情况的数据采集原理是：当有人进入教室时，先切割门外侧的红外线，触发红外对射器A。后切割门内侧的红外线，触发红外对射器B。此时教室内人数加1。反之，则人数减1。

（2）服务器的设计。服务器的开发平台选用的是VS，开发语言选用C#语言。服务器主要包括：数据通信接口、数据的处理和存储、响应客户端的请求。

（3）安卓APP的设计。安卓APP的开发平台选用的是Android Studio，开发语言选用Java语言。安卓APP需要可以连接上远程服务器进行通信，可以把教室内的人数与空位显示在APP上。方便用户查阅教室的使用情况。

3 总结

基于全自动人数统计的教室能源优化及场地配置可视化信息系统反应灵敏，成本低廉，且实现了软件与硬件的相对独立性，实现与维护都很简易。实现了教室人员统计、智能控制教室灯泡、手机APP查询空教室等功能。能有效的提高教室的管理水平，节约电力资源。

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