基于STM32的智能自习室系统设计

刘天宇 郭欣平 韩涛

摘 要：本项目的研究背景是根据各个高校的自习室使用情况，自习室资源分配不合理现象普遍存在于全国各大高校，自习室的少数人占用整个教室，从而造成了大量的资源浪费，积少成多，将为学校增加不必要的经济负担。目前，图书馆智能占座系统在部分高校已经开始运用，但智能自习室系统几乎处于空缺状态。

本项目的目的是为了更有效的利用自习室的资源，体现出节能环保的特点，同时，也让同学体会到寻找自习室的便利。根据查阅资料可知当代大学教室大多有空调，白炽灯以及风扇。且学生自习时间大致为早上8点-11点，下午1点-5点，晚上6点-9点。那么倘若在这个时间段空调无间歇的工作，智能自习室系统可根据温度来控制空调的开关，从而节约能源，也使得自习室安排更加简便化、人性化和智能化。

关键词：自习室;智能;资源节约;

引    言

自习室占座现象是长期困扰图书馆的一大难题。为此，图书馆尽管采取了一些整治措施，但未能从根本上解决问题，反而愈演愈烈。有的学生占座后并不用，而是害怕被别人占走;有的在座位上放置一些书物以示该座位有主;甚而在座位上贴有“有人”字条。于是，就会出现一种怪异现象：明明课余时间自习室学习的人数并不多，但后来者想找个合适的座位却很难，只好离开。有的同学在被占的座位上学习，“主人”来后理直气壮地让其离开，腾出座位，对方不肯，动辄引起冲突，乃至拳脚相加，破坏了自习室学习环境。而智能自习室则可以有效解决这一问题，使得在自习室学习变成一种享受。

1 绪论

1.1 现状

大学生自学时间逐渐增多，考研和对其他课程的研究导致学生大多时间均以图书馆自习为主。部分学生在自习室占座，便于自己学习，为同学占座，他们互相帮助，结成同盟。占座后因同学没来，而使座位空着，却不让别人坐。为此，学生之间因占座时常发生口角，甚至导致一些严重后果。一些没有座位的读者对管理人员抱怨，认为图书馆工作人员管理不力，使图书馆的服务工作处于相当困难的境地。

1.2 存在的问题及对策

针对自习室种种情况，根据在图书馆自习室多天的切身体会和感受，结合实际试从以下几个方面对图书馆学生占座行为进行剖析，并提出几项治理措施和对策：

1.通过教室内安装的摄像头，精确测出教室内人数。

2.教室内安装麦克风，测得教室安静程度。

3.主单片机将从各模块接收的数据进行处理。

4.主单片机控制通信模块将测得数据分别传给，控制LCD的单片机，以及云端。

5.储存卡记录教室使用日志信息，及录像数据。

5.LCD显示教室内人数，及使用情况。

6.各个教室云端数据推送至终端（公众号或小程序）。

2 系统整体方案设计

2.1 系统设计

摄像头采集信息，统计人数，侦测异常，麦克风采集声音，来判断自习室的环境噪声，两者都可以实时对自习室进行监控，并把采集到的信息传给主控制器，采用自行算法进行运算，存储在存储卡里，然后通过无线通讯上传到云端服务器，并把信息智能推送给客户，客户可以通过微信公众号或小程序进行查看，学生也可以通过从控制器控制的LCD端查看自习室的座位情况以及状态，从而根据自己的需求选择自习室。

2.2 单片机模块

单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

2.3 无线通讯模块

無线通讯模块是基于GPRS网络研发的数据通讯产品，多安装在监控子站。监控子站现场设备通过GPRS模块和监控中心互联，远程传输数据，实现监控子站与监控中心的通信。

2.4 显示模块

显示模块是用来显示采集到的数据，信息以及一些功能反馈。

2.5 采集存储模块

采集存储模块是通过外部传感器，把外界信号（例如声音，图像）传送给单片机，进行运算，并存储在存储卡中。

3 系统整体方案与硬件设计

3.1 单片机选择

STM32是基于ARM Cortex M处理器内核的32位闪存微控制器，它融合高性能、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压于一身，同时保持高集成度和开发简易的特点。业内最强大的产品阵容，基于工业标准的处理器，大量的软硬件开发工具，让STM32单片机成为各类中小项目和完整平台解决方案的理想选择。

3.2 无线通讯模块选择

使用AT功能之前，模块内必须有AT的固件，每个模块的生产厂商都会对官方的AT固件做一些修改和删减，但是其最核心的AT指令功能都是相同的。我们买的ESP8826模块一般都有刷好的固件，所以不用自己刷固件。该模块支持标准的IEEE802.11 b/g/n 协议，完整的TCP/IP协议栈。用户可以使用该模块为现有的设备添加联网功能，也可以构建独立的网络控制器。

3.3 显示模块选择

LCD （ Liquid crystal Display 的简称）液晶显示器。

LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

3.4 采集存储模块选择

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的记忆设备，由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良特性，被广泛地应用于便携式装置上。

麦克风把外界的声音采集到，并传给单片机，进行处理，从而进行判断。

摄像头进行实时监控，侦测异常，可有效达到监控要求。

3.5 电源电路设计

供电电路是整个系统的核心部分，所以设计一个合适的电源是非常重要的，本设计中为3.3V，5V，12V，24V供电（整流后）。分别选择的稳压电源为AMS1117-3.3V，LM7805，LM7812，LM2596。220V的交流电经过降压整流，低频滤波、高频滤波之后输出稳定直流电压作为系统的工作电源。

4 结 论

本项目的研究背景是根据各个高校的自习室使用情况，全国各大高校都有着自习室资源分配不合理的现象，自习室的一部分人占用整个教室，从而造成了大量的资源浪费，不仅影响别人的学习，还为学校增加不必要的经济负担。

智能自习室系统不仅人性化、智能化，还为图书馆的管理人员和在校学生提供了便捷，在最大程度上节约资源，有效利用资源，实现资源利用最大化。使得学生在自习室自修学习，不用抢座位，大家一起文明自习。

参考文献：

[1]智能照明系统专利申请发展现状及趋势[J]. 宁善庆，亢荣，吴平.  电器工业. 2018（12）

[2]基于单片机的教室智能照明系统的仿真设计[J]. 徐亮，刘勇，张潇杨.  仪器仪表用户. 2018（12）

[3]高校自习室座位管理系统的开发[J]. 魏倩，刁振峰，马宝琳，吕明茹.  科技资讯. 2017（16）