導(dǎo)語：智能化學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)智能化學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)，首先詳細(xì)介紹ZigBee技術(shù)及其結(jié)構(gòu)，其次設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體框架，再次進(jìn)行系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)，最后規(guī)定明確智能化學(xué)生宿舍查寢系統(tǒng)權(quán)限?；赯igBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，利用路由器與協(xié)調(diào)器鏈路匯總數(shù)據(jù)信息于網(wǎng)絡(luò)控制中心，以實(shí)現(xiàn)集中化管理與智能化分析，數(shù)據(jù)處理之后傳輸于服務(wù)器，管理人員可通過PC機(jī)實(shí)時(shí)查詢學(xué)生就寢情況，還可通過網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)APP隨時(shí)查詢，同時(shí)在學(xué)生宿舍就寢異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，因此，此系統(tǒng)值得推廣應(yīng)用于高校學(xué)生管理工作中。

關(guān)鍵詞:ZigBee技術(shù)；智能化；學(xué)生宿舍；查寢

1引言

在高校擴(kuò)招規(guī)模逐漸擴(kuò)大趨勢(shì)下，在校學(xué)生數(shù)量不斷增多，宿舍安全與管理開始備受關(guān)注。傳統(tǒng)宿舍查寢管理模式中存在既定缺陷，即管理人員數(shù)量偏少，難以全面監(jiān)管，不僅無法保證寢室管理工作正常開展，還會(huì)給管理人員造成一定工作壓力。據(jù)此，本文基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)了智能化學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)[1]。

2ZigBee技術(shù)與結(jié)構(gòu)

ZigBee技術(shù)速率較低，可短距離實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，延續(xù)了低功耗局域網(wǎng)協(xié)議特性，屬于近距離無線通訊技術(shù)。通信協(xié)議?；诎腴_源協(xié)議棧Zstack協(xié)議棧，同時(shí)嵌入osal操作系統(tǒng)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含三種邏輯設(shè)備類型，即終端節(jié)點(diǎn)、路由器、協(xié)調(diào)器。ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。由圖可知，黑色圓代表協(xié)調(diào)器，擁有網(wǎng)絡(luò)最高權(quán)限，可保持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間有效通信，還可執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，設(shè)計(jì)安全中心，是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)者。深灰色圓代表路由器，可轉(zhuǎn)換其他節(jié)點(diǎn)信息。淺灰色圓代表終端設(shè)備，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備，不能轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)信息[2]。

3系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)

學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)與ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)之間通信，ZigBee終端傳感器采集學(xué)生宿舍數(shù)據(jù)信息，基于無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)傳輸于上位機(jī)，宿舍查寢管理系統(tǒng)可查詢宿舍具體情況，可通過上位機(jī)遠(yuǎn)程控制學(xué)生宿舍[3]。系統(tǒng)整體框架具體如圖2所示。

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1ZigBee節(jié)點(diǎn)。學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于學(xué)生宿舍為單位，寢室內(nèi)布置路由器及6個(gè)左右終端節(jié)點(diǎn)，根據(jù)床位具體明確節(jié)點(diǎn)，各床位上分別安裝ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，整個(gè)樓宇安裝一個(gè)協(xié)調(diào)器，全部節(jié)點(diǎn)基于ZigBee通信協(xié)議構(gòu)建，無線網(wǎng)絡(luò)的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備所發(fā)揮作用與功能各不相同，硬件結(jié)構(gòu)卻基本類似。終端模塊通過傳感器采集學(xué)生就寢信息，數(shù)據(jù)處理分析之后，與路由器通信，其節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路。經(jīng)過協(xié)調(diào)器集中處理之后，以串口為輔助傳輸于PC機(jī)，以采集監(jiān)控原始數(shù)據(jù)，管理中心智能處理原始數(shù)據(jù)之后，傳輸于服務(wù)器，以供用戶遠(yuǎn)程查看。4.2終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、通信、儲(chǔ)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(jié)約電能資源，為保證系統(tǒng)性能良好，選用模塊化結(jié)構(gòu)傳感器。終端節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)具體如圖3所示。為了持續(xù)實(shí)時(shí)跟蹤查詢學(xué)生就寢狀況，需精確化采集寢室床位人體狀態(tài)信息，因此，終端節(jié)點(diǎn)通過定點(diǎn)、定距方式安裝，以確保傳感器靈活性與方向性，強(qiáng)化人體狀態(tài)識(shí)別精確度，防止信號(hào)干擾。4.3節(jié)點(diǎn)電源。系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性十分關(guān)鍵，對(duì)此ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器與路由器可選用3.6V外接直流穩(wěn)壓電源進(jìn)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(jié)點(diǎn)功耗[4]。

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于ZigBee技術(shù)的智能化學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)具體如圖4所示。系統(tǒng)軟件全部節(jié)點(diǎn)都選用基于Zig-Bee協(xié)議棧ZStack-CC2530-2.5.1a構(gòu)建的平臺(tái)，ZStack構(gòu)建小型操作系統(tǒng)，利用C語言編制單片機(jī)操作系統(tǒng)，以任務(wù)形式搭建網(wǎng)絡(luò)，通過任務(wù)函數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器信號(hào)[5]。5.1協(xié)調(diào)器流程。明確外接電源供電處于正常狀態(tài)，啟動(dòng)協(xié)調(diào)器，初始化芯片硬件，調(diào)用函數(shù)初始化協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸通道等構(gòu)件無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，指示燈保持閃爍，代表ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，開始無線監(jiān)測(cè)。任務(wù)輪詢程序掃描串口函數(shù)，在串口傳輸信息時(shí)，辨別信息具體屬性，即控制監(jiān)測(cè)指令、數(shù)據(jù)接收指令。如果來源于PC機(jī)端傳輸?shù)目刂票O(jiān)測(cè)指令，協(xié)調(diào)器可基于路由器傳輸于終端，推進(jìn)終端節(jié)點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果來源于終端設(shè)備或者路由器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收指令，協(xié)調(diào)器解析數(shù)據(jù)信息，明確信息屬性，若是數(shù)據(jù)接收指令，提取信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析處理之后，利用串口傳輸于PC機(jī)。5.2終端模塊軟件。ZigBee節(jié)點(diǎn)接收協(xié)調(diào)器、路由器的控制監(jiān)測(cè)指令，即初始化系統(tǒng)，并恢復(fù)功耗器件電路供電，開始采集信號(hào)。8051單片機(jī)讀取傳感器編程，基于傳感器接口周期性監(jiān)測(cè)人體紅外信號(hào)數(shù)據(jù)，床位有人狀態(tài)輸出為1，無人狀態(tài)輸出為0，在協(xié)議棧代碼中添加監(jiān)測(cè)信號(hào)，以點(diǎn)播方式通過天線傳輸數(shù)據(jù)到協(xié)調(diào)器、路由器，終端模塊再次休眠，等待接收再次監(jiān)測(cè)指令，采集并傳輸終端數(shù)據(jù)。5.3管理中心軟件。熱釋電紅外傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)經(jīng)過路由集中于協(xié)調(diào)器，基于串口傳輸于管理中心PC機(jī)。PC機(jī)數(shù)據(jù)分析程序根據(jù)數(shù)據(jù)信息加以分析處理，其中部分信息通過PC機(jī)與監(jiān)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(shù)據(jù)信息的床位。而其他信息則保存于服務(wù)器，以供管理人員利用PC機(jī)與手機(jī)APP遠(yuǎn)程查詢、管理。遠(yuǎn)程監(jiān)控是在學(xué)生缺課時(shí)，可啟動(dòng)系統(tǒng)查詢學(xué)生狀態(tài)，擴(kuò)大系統(tǒng)使用率與功能性[6]。

6查寢管理系統(tǒng)權(quán)限設(shè)定

基于ZigBee技術(shù)的智能化學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)控制主體包括三者，即寢室自身、學(xué)生用戶、宿管人員。為保證寢室方便管理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需明確配置主體相應(yīng)權(quán)限。寢室自身在學(xué)生用戶與宿管人員授權(quán)下，可自我調(diào)節(jié)控制。學(xué)生用戶與宿管人員取消授權(quán)時(shí)，寢室自身便自行關(guān)閉自我調(diào)節(jié)控制，而學(xué)生用戶與宿管人員便掌握了寢室控制權(quán)，但是宿管人員權(quán)限處于最高狀態(tài)。通常情況下，宿管人員默認(rèn)授權(quán)于學(xué)生用戶，在學(xué)生宿舍查寢狀態(tài)異常時(shí)，可禁止學(xué)生用戶控制權(quán)[7]。具體權(quán)限設(shè)定如圖5所示。7結(jié)束語綜上所述，本文設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的智能化學(xué)生宿舍查寢管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，設(shè)備安裝便捷，組網(wǎng)靈活，以休眠與喚醒兩種工作模式降低終端節(jié)點(diǎn)功耗，以助于后續(xù)系統(tǒng)維護(hù)與管理。系統(tǒng)基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，利用路由器與協(xié)調(diào)器鏈路匯總數(shù)據(jù)信息于網(wǎng)絡(luò)控制中心，以實(shí)現(xiàn)集中化管理與智能化分析，數(shù)據(jù)處理之后傳輸于服務(wù)器，管理人員可通過PC機(jī)實(shí)時(shí)查詢學(xué)生就寢情況，還可通過網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)APP隨時(shí)查詢，同時(shí)在學(xué)生宿舍就寢異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，應(yīng)用76前景與推廣價(jià)值良好，值得大力推廣應(yīng)用于高校學(xué)生管理工作。

作者:劉幸興 劉瑜興