智能化學生宿舍查寢管理系統研究

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摘要:本文基于ZigBee技術設計智能化學生宿舍查寢管理系統，首先詳細介紹ZigBee技術及其結構，其次設計系統整體框架，再次進行系統硬件與軟件設計，最后規定明確智能化學生宿舍查寢系統權限?；赯igBee無線網絡技術傳輸數據，利用路由器與協調器鏈路匯總數據信息于網絡控制中心，以實現集中化管理與智能化分析，數據處理之后傳輸于服務器，管理人員可通過PC機實時查詢學生就寢情況，還可通過網絡、手機APP隨時查詢，同時在學生宿舍就寢異常時可及時發出告警信號，因此，此系統值得推廣應用于高校學生管理工作中。

關鍵詞:ZigBee技術；智能化；學生宿舍；查寢

1引言

在高校擴招規模逐漸擴大趨勢下，在校學生數量不斷增多，宿舍安全與管理開始備受關注。傳統宿舍查寢管理模式中存在既定缺陷，即管理人員數量偏少，難以全面監管，不僅無法保證寢室管理工作正常開展，還會給管理人員造成一定工作壓力。據此，本文基于ZigBee技術設計了智能化學生宿舍查寢管理系統[1]。

2ZigBee技術與結構

ZigBee技術速率較低，可短距離實現網絡傳輸，延續了低功耗局域網協議特性，屬于近距離無線通訊技術。通信協議?；诎腴_源協議棧Zstack協議棧，同時嵌入osal操作系統。ZigBee網絡結構包含三種邏輯設備類型，即終端節點、路由器、協調器。ZigBee網絡結構具體如圖1所示。由圖可知，黑色圓代表協調器，擁有網絡最高權限，可保持網絡設備之間有效通信，還可執行相關動作，設計安全中心，是網絡維護者。深灰色圓代表路由器，可轉換其他節點信息。淺灰色圓代表終端設備，執行數據采集傳輸設備，不能轉發其他節點信息[2]。

3系統整體框架設計

學生宿舍查寢管理系統與ZigBee技術網絡之間通信，ZigBee終端傳感器采集學生宿舍數據信息，基于無線網絡網關傳輸于上位機，宿舍查寢管理系統可查詢宿舍具體情況，可通過上位機遠程控制學生宿舍[3]。系統整體框架具體如圖2所示。

4系統硬件設計

4.1ZigBee節點。學生宿舍查寢管理系統設計基于學生宿舍為單位，寢室內布置路由器及6個左右終端節點，根據床位具體明確節點，各床位上分別安裝ZigBee終端節點，整個樓宇安裝一個協調器，全部節點基于ZigBee通信協議構建，無線網絡的ZigBee節點設備所發揮作用與功能各不相同，硬件結構卻基本類似。終端模塊通過傳感器采集學生就寢信息，數據處理分析之后，與路由器通信，其節點構成無線數據傳輸鏈路。經過協調器集中處理之后，以串口為輔助傳輸于PC機，以采集監控原始數據，管理中心智能處理原始數據之后，傳輸于服務器，以供用戶遠程查看。4.2終端節點。終端節點設計時，為實現數據采集、處理、通信、儲存多元化功能，ZigBee無線通信模塊基于靈活處理能力最大程度程度上節約電能資源，為保證系統性能良好，選用模塊化結構傳感器。終端節點硬件結構具體如圖3所示。為了持續實時跟蹤查詢學生就寢狀況，需精確化采集寢室床位人體狀態信息，因此，終端節點通過定點、定距方式安裝，以確保傳感器靈活性與方向性，強化人體狀態識別精確度，防止信號干擾。4.3節點電源。系統穩定性與可靠性十分關鍵，對此ZigBee無線網絡的協調器與路由器可選用3.6V外接直流穩壓電源進行供電，終端模塊需安裝于床位，處于安全性考慮，利用干電池，以控制電路方式為高耗能器件電路提供電能，適度降低終端節點功耗[4]。

5系統軟件設計

基于ZigBee技術的智能化學生宿舍查寢管理系統軟件結構具體如圖4所示。系統軟件全部節點都選用基于Zig-Bee協議棧ZStack-CC2530-2.5.1a構建的平臺，ZStack構建小型操作系統，利用C語言編制單片機操作系統，以任務形式搭建網絡，通過任務函數監測傳感器信號[5]。5.1協調器流程。明確外接電源供電處于正常狀態，啟動協調器，初始化芯片硬件，調用函數初始化協議，通過網絡傳輸通道等構件無線傳輸網絡，指示燈保持閃爍，代表ZigBee無線網絡構建完成，開始無線監測。任務輪詢程序掃描串口函數，在串口傳輸信息時，辨別信息具體屬性，即控制監測指令、數據接收指令。如果來源于PC機端傳輸的控制監測指令，協調器可基于路由器傳輸于終端，推進終端節點運轉。如果來源于終端設備或者路由器傳輸的數據接收指令，協調器解析數據信息，明確信息屬性，若是數據接收指令，提取信息數據，數據分析處理之后，利用串口傳輸于PC機。5.2終端模塊軟件。ZigBee節點接收協調器、路由器的控制監測指令，即初始化系統，并恢復功耗器件電路供電，開始采集信號。8051單片機讀取傳感器編程，基于傳感器接口周期性監測人體紅外信號數據，床位有人狀態輸出為1，無人狀態輸出為0，在協議棧代碼中添加監測信號，以點播方式通過天線傳輸數據到協調器、路由器，終端模塊再次休眠，等待接收再次監測指令，采集并傳輸終端數據。5.3管理中心軟件。熱釋電紅外傳感器節點采集數據經過路由集中于協調器，基于串口傳輸于管理中心PC機。PC機數據分析程序根據數據信息加以分析處理，其中部分信息通過PC機與監控中心屏幕得以展示，為管理人員快速獲取宿舍查寢信息提供便利，并提醒未采集到數據信息的床位。而其他信息則保存于服務器，以供管理人員利用PC機與手機APP遠程查詢、管理。遠程監控是在學生缺課時，可啟動系統查詢學生狀態，擴大系統使用率與功能性[6]。

6查寢管理系統權限設定

基于ZigBee技術的智能化學生宿舍查寢管理系統控制主體包括三者，即寢室自身、學生用戶、宿管人員。為保證寢室方便管理，系統設計時，需明確配置主體相應權限。寢室自身在學生用戶與宿管人員授權下，可自我調節控制。學生用戶與宿管人員取消授權時，寢室自身便自行關閉自我調節控制，而學生用戶與宿管人員便掌握了寢室控制權，但是宿管人員權限處于最高狀態。通常情況下，宿管人員默認授權于學生用戶，在學生宿舍查寢狀態異常時，可禁止學生用戶控制權[7]。具體權限設定如圖5所示。7結束語綜上所述，本文設計了基于ZigBee技術的智能化學生宿舍查寢管理系統。此系統設計簡單，設備安裝便捷，組網靈活，以休眠與喚醒兩種工作模式降低終端節點功耗，以助于后續系統維護與管理。系統基于ZigBee無線網絡技術傳輸數據，利用路由器與協調器鏈路匯總數據信息于網絡控制中心，以實現集中化管理與智能化分析，數據處理之后傳輸于服務器，管理人員可通過PC機實時查詢學生就寢情況，還可通過網絡、手機APP隨時查詢，同時在學生宿舍就寢異常時可及時發出告警信號，應用76前景與推廣價值良好，值得大力推廣應用于高校學生管理工作。

作者:劉幸興 劉瑜興