CN105787835A - 一种智能校园宿舍管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于，包括设置于宿舍内的采集模块和控制模块、设置于宿管内的单片机处理器和上位机以及设置于学生客户端的GSM模块，所述采集模块与单片机处理器的输入端无线连接，所述单片机处理器的输出端与控制模块无线连接，所述单片机处理器分别与上位机和GSM模块通讯连接；所述上位机包括生活助手模块和宿舍智能管家模块，所述生活助手模块包括收入记录模块、支出记录模块和统计分析模块；所述宿舍智能管家模块包括云端和客户端。本发明提供的一种智能校园宿舍管理系统，具有智能化程度高、便于监管与控制、避免电能浪费、安全性高、人性化等有益效果。

Description

一种智能校园宿舍管理系统

技术领域

本发明涉及一种智能校园宿舍管理系统，属于智能控制技术领域。

背景技术

随着嵌入式技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，智能控制的功能越来越多，控制的对象以及控制场合不断扩展，控制的联动场景要求更高，促使人们的生活方式发生转变，对居住环境更加舒适化、安全化提出了更高的需求。可是智能校园宿舍管理系统在高校校园方面的应用并不广泛，致使高校宿舍管理制度老化，耗费人力，并且效率低下，所以高校校园宿舍迫切需要一套智能管理系统来提高生活效率，给大学生生活提供便利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种智能化程度高、便于监管与控制、避免电能浪费、安全性高、人性化的智能校园宿舍管理系统；进一步地，本发明提供一种便于分别统计每个插座的电流使用量，宿舍内每个人用电量可查、可按使用比例付电费的智能校园宿舍管理系统；更进一步地，本发明提供一种学生客户端和云端均可远程控制宿舍内智能电器的智能校园宿舍管理系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于，包括设置于宿舍内的采集模块和控制模块、设置于宿管内的单片机处理器和上位机以及设置于学生客户端的GSM模块，所述采集模块与单片机处理器的输入端无线连接，所述单片机处理器的输出端与控制模块无线连接，所述单片机处理器分别与上位机和GSM模块通讯连接；所述上位机包括生活助手模块和宿舍智能管家模块，所述生活助手模块包括收入记录模块、支出记录模块和统计分析模块；所述宿舍智能管家模块包括云端和客户端，所述云端包括建立采集项目模块、建立报警项目模块、建立控制项目模块、TCP服务器和数据库存储模块；所述客户端包括数据采集管理模块、电器管理模块和数据库调用模块。

所述采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器、光线强度传感器、语音模块、插座电流控制器、视频采集设备和红外控制模块。

所述单片机处理器的型号包括MSP430F5438。

所述GSM模块通过RS232接口与所述单片机处理器相连。

所述学生客户端包括手机。

所述GSM模块还与所述控制模块无线连接。

所述控制模块包括空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、智能门控制器和智能窗帘控制器。

所述插座电流控制器安装在宿舍内的插座内，用于监测即时的插座电流值以及记录该插座的电流流量，当电流值超过设定的安全值，断开该插座的电流供应。

一种智能校园宿舍管理系统，该智能校园宿舍管理系统用于即时监测和采集宿舍内的温度、湿度、光线强度、烟雾、插座电流的数据以及室内语音和视频信息，并根据该数据做出相应的动作，包括单片机处理器和上位机，所述单片机处理器和上位机互为反馈连接，所述单片机处理器和上位机均设置在计算机内，且通过计算机显示器显示单片机处理器的数据采集结果和对数据的分析处理结果。

所述单片机处理器的输入端连接无线信号接收器（无线信号接收器与语音模块、温湿度传感器、烟雾传感器和光线强度传感器相连）、插座电流控制器、视频采集设备、红外控制模块和GSM模块。

所述单片机处理器输入端无线信号接收器安装在计算机内，用于接收温湿度传感器、烟雾传感器和光线强度传感器的采集到的数据，其中：语音模块安装在宿舍内，用于即时识别宿舍内的语音指令，做出相应动作，并与无线信号接收器连接；温湿度传感器安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的温度和湿度，并与无线信号接收器无线连接；烟雾传感器安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的烟雾浓度，并与无线信号接收器无线连接；光线强度传感器安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的光线强度，并与无线信号接收器无线连接；所述单片机处理器的输入端插座电流控制器安装在宿舍内，用于监测即时的插座电流值以及记录该插座的电流流量，当电流值超过设定的安全值，断开该插座的电流供应；所述单片机处理器的输入端视频采集设备安装在宿舍内，用于视频录像宿舍内的画面，从而可以实时查看宿舍活动情况；所述单片机处理器的输入端红外控制模块安装在宿舍内，用于控制宿舍内空调、灯等电器的开关，当红外系统初始化后，进入红外遥控菜单设置，设置完成后退出菜单设置，判断主界面是否符合设置，如果符合，执行相应的动作。

所述单片机处理器的输入端GSM模块，GSM模块用手机短信控制整个系统是本发明的一个关键点。以手机短信的形式将用户的需求发送给GSM模块，GSM将用户信息发送给MSP430单片机处理器，单片机处理后发出控制命令，执行机构完成相应的控制功能（如热水器/室内灯/窗帘/门）。GSM模块是整个手机远程控制的“中枢”，它通过RS232接口与MSP430单片机相连，二者可以进行数据交换。

所述单片机处理器的输出端连接无线信号发射器，无线信号发射器连接空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、智能门控制器和智能窗帘控制器。

所述单片机处理器无线信号发射器安装在计算机内，用于向空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、智能门控制器和智能窗帘控制器发送指令，其中：空调控制器设置在宿舍内的空调中，用于调控空调的打开状态，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值大于设定的数值，打开空调的制冷模式，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值小于设定的数值，打开空调的制热模式，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值在设定的数值范围内，空调关闭；热水器控制器设置在宿舍热水器中，用于调控热水器的开关状态，当热水器接收到红外模块发出的指令时，根据指令就做出相应动作；热水器可以通过GSM模块发送来的指令进行相应动作；智能窗帘控制器安装在宿舍内，用于控制窗帘的开关，当单片机处理器接收到者红外光线强度小于设定数值，智能窗帘自动拉开，当单片机处理器接收到的红外光线强度大于设定数值，智能窗帘自动拉起，并且受到语音模块的控制，当单片机处理器接收到相应语音信号，智能窗帘就会做出相应动作；空气加湿器控制器设置在宿舍内的空气加湿器内，用于调控空气加湿器的开关，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的湿度值小于设定的数值，打开空气加湿器，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的湿度值大于设定的数值，关闭空气加湿器；室内灯控器安装在宿舍内，用于控制宿舍内灯的开关，当单片机处理器接收到光线强度感应器的光线强度大于设定值时，关闭宿舍内的灯，当单片机处理器接收到光线强度传感器的光线强度小于设定值，打开宿舍内的灯；宿舍内灯还可以通过GSM模块接收到的短信来控制其状态；智能门控制器安装在宿舍内，用于控制宿舍门的开关，当单片机处理器接收到语音模块识别的信息，宿舍门就会做出相应的动作开/关；报警装置设置在宿舍内，用于宿舍内发出烟雾报警，当单片机处理器接收到来自烟雾传感器的烟雾浓度大于设定的数值，报警装置发出报警声。

所述单片机处理器选用型号为MSP430F5438单片机。

所述空调控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、插座电流控制器和视频采集设备内均设置有能够接收来自无线信号发射器的信号接收装置。

本发明的工作原理是：温湿度传感器、烟雾传感器和光线强度传感器能够即时监测到宿舍内的温度、湿度、烟雾浓度和光线强度，并将温度、湿度、烟雾浓度和光线强度的数据传送给计算内的单片机处理器，单片机处理器和上位机内设定了这些数据的设定值，单片机处理器将接收到的数据处理后与对应的设定值比较，并根据比较结果给安装宿舍内空调控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置发送相应的指令，使其做出相应的动作。

当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值大于设定的数值，打开空调的制冷模式，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值小于设定的数值，打开空调的制热模式，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值在设定的数值范围内，空调关闭；当单片机处理器接收到光线强度小于设定数值，智能窗帘自动拉开，当单片机处理器接收到的线强度大于设定数值，智能窗帘自动拉起，并且受到语音模块的控制，当单片机处理器接收到相应语音信号，智能窗帘就会做出相应动作；空气加湿器控制器设置在宿舍内的空气加湿器内，用于调控空气加湿器的开关，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的湿度值小于设定的数值，打开空气加湿器，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的湿度值大于设定的数值，关闭空气加湿器；当单片机处理器接收到光线强度传感器的光线强度大于设定值时，关闭宿舍内的灯；当单片机处理器接收到来自烟雾传感器的烟雾浓度大于设定的数值，报警装置发出报警声。插座电流控制器用于监测即时的插座电流值以及记录该插座的电流流量，当电流值超过设定的安全值，断开该插座的电流供应，确保用电安全；视频采集设备用于视频记录宿舍内的画面情况，以便在有意外的时候，能够查看到当时的宿舍画面情形。

本发明的有益效果是：本发明能够智能控制宿舍内的空调、空气加湿器以及电灯开启情况，避免了电能浪费，当宿舍内光强良好，光线强度达到设定值时，关闭电灯，避免造成白天开着电灯，浪费电能，空调和空气加湿器能够根据宿舍内空气的即时温度和湿度开关。同时，为插座设置了插座电流控制器，确保插座的用电安全，以及记录插座的电流量，便于分别统计每个插座的电流使用量。

上位机功能具体如下：

生活助手模块：现在大学校园一般都是4-6人一个宿舍，大部分宿舍都会有共同的宿舍费用，如何把宿舍费用和每个人在宿舍用电量公开明确的显示出来成为大家一直关心的问题，“生活助手”可以随时记录宿舍费用的支出情况还能显示每个人的在宿舍用电量，并且可以对个人的收入与支出做出详细的记录，灵活地对不同时间周期的消费进行自动分析，使学生明白花了多少钱，钱花在哪儿，为学生制定合理的消费计划提供了便捷，有效培养了学生节约的好习惯。

宿舍智能管家模块：“智能宿舍”结合当今火热的“智能家居”的概念及产品，可以实现网上实时地查看学生宿舍所有电器的使用情况，可以远程地打开或者关闭电器，也可以对某一时期的用电进行分析与统计。比如各个同学个人电器的用电量都能记录到数据库中，在交电费时可采用按使用比例付费的方法，既可以适当地提醒用电过多的学生，避免不必要的电能损失，也可以一定程度上减少较少在宿舍用电的同学平摊电费时小小的郁闷。仅仅查看并控制电器的通断显然不能满足“智能宿舍”的全部需求，电器短路或功率过大引起插座温度过高会带来火灾隐患。我们可以采用云端和客户端，云端可以针对一个宿舍、一栋宿舍楼或一片宿舍区域建立传感器监测、报警、电器控制三大项目。具体而言，“传感器监测项目”可以创建常见的温度、湿度、烟雾、光照、电流等反应宿舍环境的多个传感器，并配置其个数、输入输出特性、量程、采样频率等，从而生成一个“采集项目”，一个采集项目包含了某一范围内所有的传感器监测工作；“报警项目”则针对之前建立的采集通道创建报警映射，此映射包括了报警阈值、报警方式等；有了这些功能后，云端监测系统可以根据实时的宿舍环境进行相应操作，比如：插座温度过高时自动断电，室内烟雾浓度过高时报警、窗外光线过强关闭窗帘、室内湿度过低时打开加湿器……此外，整个云端产生的所有数据（传感器采集、用电记录、报警记录）都可以实时保存到云端的数据库中。云端可以供给宿舍管理者使用，方便其对宿舍进行统一管理。而客户端供给学生使用，可以远程登录云端系统，在本地实现宿舍各个项目、传感器、通道的查看、管理操作，也可以获取云端存储资料，分析结果，在本地显示、存储及后续分析，极大地提高了学生生活便利，解决了学生不在宿舍时的后顾之忧。

说明书附图

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的语音模块识别控制流程图；

图3是本发明的红外控制模块控制流程图；

图4是本发明的上位机结构示意图；

图5是本发明的上位机用户登录界面图；

图6是本发明的上位机功能选择界面图；

图7是本发明的生活助手模块结构示意图；

图8是本发明的宿舍智能管家模块结构示意图；

图9是本发明的上位机TCP通讯流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1~图9所示，一种智能校园宿舍管理系统，该智能校园宿舍管理系统用于即时监测和采集宿舍内的温度、湿度、光线强度、烟雾和插座电流的数据，并根据该数据做出相应的动作，包括单片机处理器和上位机，所述单片机处理器和上位机互为反馈连接，所述单片机处理器和上位机均设置在计算机内，且通过计算机显示器显示单片机处理器的数据采集结果和对数据的分析处理结果，所述单片机处理器的输入端连接无线信号接收器、插座电流控制器、视频采集设备和红外控制模块，其中无线信号接收模块连接语音模块、温湿度传感器、烟雾传感器、光线强度感应器，温湿度传感器、烟雾传感器和光线强度传感器采集到的数据均通过无线信号接收器传给单片机处理器和上位机处理分析，这些数据以及处理结果能够在计算机显示器上显示。

其中：无线信号接收器安装在计算机内，用于接收温湿度传感器、烟雾传感器和光线强度感应器的采集到的数据，无线信号接收器是一种数据传递通道，为单片机处理器和上位机采集数据。

语音模块安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的语音指令，室内控制器则做出相应动作，并与无线信号接收器连接。

温湿度传感器安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的温度和湿度，并与无线信号接收器无线连接，温度和湿度数据通过无线信号接收器传递给单片机处理器和上位机。

烟雾传感器安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的烟雾浓度，并与无线信号接收器无线连接，烟雾浓度数据通过无线信号接收器传递给单片机处理器和上位机。

光线强度传感器安装在宿舍内，用于即时监测宿舍内的光线强度，并与无线信号接收器无线连接，宿舍内的光线强度数据通过无线信号接收器传递给单片机处理器和上位机。

所述单片机处理器的输入端红外控制模块安装在宿舍内，用于控制宿舍内空调、灯等电器的开关，当红外系统初始化后，进入红外遥控菜单设置，设置完成后退出菜单设置，判断主界面是否符合设置，如果符合，执行相应的动作。

所述单片机处理器的输出端连接无线信号发射器，无线信号发射器连接空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、智能门控制器、智能窗帘控制器和报警装置，无线信号发射器、空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、智能门控制器、智能窗帘控制器和报警装置用于接收和执行单片机处理器和上位机发出的指令。

其中：无线信号发射器安装在计算机内，用于向空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、智能门控制器、智能窗帘控制器和报警装置发送指令，无线信号发射器是单片机处理器和上位机将指令传递给空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、智能门控制器、智能窗帘控制器和报警装置的信号通道。

空调控制器设置在宿舍内的空调中，用于调控空调的打开状态，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值大于设定的数值，打开空调的制冷模式，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值小于设定的数值，打开空调的制热模式，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的温度值在设定的数值范围内，空调关闭，避免在舒适的宿舍内温度范围内打开空调，造成电能浪费。

热水器控制器设置在宿舍热水器中，用于调控热水器的开关状态，当热水器接收到红外模块发出的指令时，根据指令就做出相应动作；热水器可以通过GSM模块发送来的指令进行相应动作。

智能窗帘控制器安装在宿舍内，用于控制窗帘的开关，当单片机处理器接收到者光线强度小于设定数值，智能窗帘自动拉开，当单片机处理器接收到的光线强度大于设定数值，智能窗帘自动拉起，并且受到语音模块的控制，当单片机处理器接收到相应语音信号，智能窗帘就会做出相应动作。

空气加湿器控制器设置在宿舍内的空气加湿器内，用于调控空气加湿器的开关，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的湿度值小于设定的数值，打开空气加湿器，当单片机处理器接收到来自温湿度传感器的湿度值大于设定的数值，关闭空气加湿器，确保空气内的不至于太干燥。

室内灯控器安装在宿舍内，用于控制宿舍内灯的开关，当单片机处理器接收到光线强度传感器的光线强度大于设定值时，关闭宿舍内的灯，避免宿舍内光线良好，处于白天状态，而电灯打开的情况，减少电能浪费。

智能门控制器安装在宿舍内，用于控制宿舍门的开关，当单片机处理器接收到语音模块识别的信息，宿舍门就会做出相应的动作开/关。

报警装置设置在宿舍内，用于宿舍内发出烟雾报警，当单片机处理器接收到来自烟雾传感器的烟雾浓度大于设定的数值，报警装置发出报警声。宿舍是学生集中的地方，烟雾事件会带来很严重的后果，通过报警装置，能够及时、高效、准确地提醒学生宿舍是否为安全烟雾浓度状态。

所述单片机处理器选用型号为MSP430F5438单片机。MSP430F5438单片机为本发明一个具体选用的单片机处理器的型号，便于购买和使用。

所述单片机处理器的输入端还连接有插座电流控制器，所述插座电流控制器安装在宿舍内的插座内，用于监测即时的插座电流值以及记录该插座的电流流量，当电流值超过设定的安全值，断开该插座的电流供应。确保用电安全的同时记录每个插座的电流使用量，便于分别计算出插座对应的使用学生的电流使用量，帮助学生计算分摊的电费量。

所述单片机处理器的输入端还连接有视频采集设备，视频采集设备安装在宿舍内，用于视频录像宿舍内的画面，并与无线信号接收器无线连接。视频采集设备则为了安全考虑，当有意外事件发生时，通过调看视频录像，能够还原事件真相。

所述空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、插座电流控制器、智能窗帘控制器、智能门控制器和视频采集设备内均设置有能够接收来自无线信号发射器的信号接收装置。空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、插座电流控制器、智能门控制器、智能窗帘控制器和视频采集均与单片机处理器和上位机无线信号连接，让空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、插座电流控制器、智能门控制器、智能窗帘控制器和视频采集接受单片机处理器和上位机的控制以及记录。

所述上位机软件具有下述功能：

1、登录功能：采用Access数据库实现用户信息的存储和索引，提供了用户登录、注册新用户、找回密码等功能。“新增用户”首先要求用户填写详细的个人信息，然后实时地存入到数据表中；“忘记密码”则是在用户忘记密码时要求用户输入用户名及注册时邮箱，然后系统索引到其密码并告知。相比简单的文本或Excel表的记录方式，数据库可以更快速地索引并且其扩展性能也更好。

2、功能选择：登录完成之后，会弹出功能选择界面，共有两大块的功能供用户选择“生活助手”、“宿舍智能管家”。

3、生活助手：方便用户记录相应的收入支出的金额、事项等。除此以外，还可以利用数据库统计7天至3个月期间的收入支出情况，并且对当期的消费进行分析，使用户清晰地了解其各项花费比重，制定后期消费策略。收入和支出记录时只需要用数据库专用的sql语言进行操作即可。但是要注意的是，因为不是每天都记录，每天也可能不止记录一条，所以在查询近7天、近30天或者近90天的记录时，需要查询的记录的条数是不确定的，因此需要创建一个子vi计算出近N天的初始日期，然后到数据库中索引出从初始日期开始到最后的全部记录。

4、宿舍智能管家：将现有宿舍的电源插头更换成带智能功率传感、无线网络组网、智能控制模块的智慧型插座，相关的产品已经有售，随着技术的发展，此类产品的性价比会进一步提高。以此为基础，远程网络上可以实时地查看相关宿舍的用电情况，并可以进行远程的开闭，宿舍电器的通断尽在同学们“掌握中”。同时，利用数据库的技术，存储所需的用电信息，可以查询用电总量、分析各个电器使用比例，选择带485通讯（485拥有较长的通讯距离）的温度、湿度、光照、烟雾、电流等传感器，将其安装在相应位置，并把485线接入到总控室，总控室利用NI设备统一采集。云端选择不同的传感器即可实现传感器的输入输出配置、通道设置、量程设置等建立起采集项目；然后根据数采项目可以建立警报映射即可实现实时报警；利用数据库知识可将采集数据和报警记录等全部存入相应数据表中。同时，云端服务器发起一个TCP连接并启动TCP侦听，使用精心设计的一套通讯协议完成客户端的请求响应、文件传输等工作。而客户端启动时首先登录服务器，登录成功之后便可以查看并管理宿舍电器、传感器的所有信息，还可以请求查看数据记录、报警记录等。TCP通讯协议应用广泛，通讯可靠，足以完成这样的任务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于，包括设置于宿舍内的采集模块和控制模块、设置于宿管内的单片机处理器和上位机以及设置于学生客户端的GSM模块，所述采集模块与单片机处理器的输入端无线连接，所述单片机处理器的输出端与控制模块无线连接，所述单片机处理器分别与上位机和GSM模块通讯连接；所述上位机包括生活助手模块和宿舍智能管家模块，所述生活助手模块包括收入记录模块、支出记录模块和统计分析模块；所述宿舍智能管家模块包括云端和客户端，所述云端包括建立采集项目模块、建立报警项目模块、建立控制项目模块、TCP服务器和数据库存储模块；所述客户端包括数据采集管理模块、电器管理模块和数据库调用模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器、光线强度传感器、语音模块、插座电流控制器、视频采集设备和红外控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述单片机处理器的型号包括MSP430F5438。

4.根据权利要求1所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述GSM模块通过RS232接口与所述单片机处理器相连。

5.根据权利要求1所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述学生客户端包括手机。

6.根据权利要求1所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述GSM模块还与所述控制模块无线连接。

7.根据权利要求1或6所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述控制模块包括空调控制器、热水器控制器、空气加湿器控制器、室内灯控器、报警装置、智能门控制器和智能窗帘控制器。

8.根据权利要求2所述的一种智能校园宿舍管理系统，其特征在于：所述插座电流控制器安装在宿舍内的插座内，用于监测即时的插座电流值以及记录该插座的电流流量，当电流值超过设定的安全值，断开该插座的电流供应。