韓濤　郭欣平　劉天宇

摘 要：本項(xiàng)目的研究背景是根據(jù)學(xué)校自習(xí)室的使用情況，很多高校自習(xí)室資源分配不合理，一個(gè)自習(xí)室沒有幾個(gè)同學(xué)，從而造成了大量的資源浪費(fèi)，將為學(xué)校增加了很多負(fù)擔(dān)。智能占座系統(tǒng)相對(duì)于人員集中，范圍較小的圖書館，而智能自習(xí)室系統(tǒng)更適應(yīng)人員分散，范圍較大的自習(xí)室。自習(xí)室的人數(shù)，位置不明確，造成了同學(xué)們的時(shí)間浪費(fèi)，還可能打擾正在班里上課的同學(xué)。本項(xiàng)目的目的是為了節(jié)約資源，有效的利用資源，讓同學(xué)們更方便的使用自習(xí)室。使用智能自習(xí)室系統(tǒng)的同時(shí)，使得自習(xí)室更有效的利用，達(dá)到資源節(jié)約的效果。對(duì)于國家而言，建設(shè)資源節(jié)約型的信息化社會(huì)。讓資源有效利用，減少人力物力。社會(huì)的發(fā)展，信息化普遍中國，便利的生活漸入人心。智能自習(xí)室系統(tǒng)都可以體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：自習(xí)室;節(jié)能智能;資源節(jié)約

引言

隨著能源的日益緊張，節(jié)約工作已在全國各地蓬勃發(fā)展起來。相對(duì)于商業(yè)樓宇，校園里的照明燈較多，教室里的教學(xué)設(shè)備也比較昂貴，在高校中，學(xué)生經(jīng)常需要在課余的時(shí)間實(shí)用自習(xí)室，雖然有些學(xué)校會(huì)在教學(xué)樓大廳顯示空閑的教室，但那些教師有空余的位置就需要同學(xué)們一個(gè)一個(gè)班級(jí)去找，及其不方便。而學(xué)校為了滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要會(huì)開放大量的自習(xí)室供學(xué)生使用，因此存在著不管有沒有人燈都亮著，設(shè)備丟失等問題。一個(gè)教室的浪費(fèi)看似很少，但如果全國的自習(xí)室加起來，就不敢想象了，浪費(fèi)及其驚人。針對(duì)以上情況，本文基于實(shí)現(xiàn)智能自習(xí)室的節(jié)能，既充分利用了教學(xué)資源，降低學(xué)校運(yùn)行費(fèi)用，又能環(huán)保，提高學(xué)校的科學(xué)管理水準(zhǔn)，為學(xué)生創(chuàng)造了舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

1 緒論

1.1 現(xiàn)狀

隨著時(shí)代的進(jìn)步，每個(gè)教室都有了WiFi，有很多同學(xué)拿著學(xué)習(xí)的幌子去那里玩游戲，導(dǎo)致了位置不夠坐。有的同學(xué)，占著位置不來學(xué)習(xí)，位置白白浪費(fèi)。在沒有人的教室里，燈還是亮著的。

1.2 存在的問題及對(duì)策

自習(xí)室存在結(jié)構(gòu)性緊張，大自習(xí)室人滿為患。占座現(xiàn)象嚴(yán)重，自習(xí)室資源大量浪費(fèi)。自習(xí)室存在一些不文明現(xiàn)象，影響他人學(xué)習(xí)?！皝G書”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，安全防范不規(guī)范。

采用攝像頭實(shí)時(shí)計(jì)算人數(shù)，成本適中，準(zhǔn)確度相對(duì)來說較高。除此之外，在教室內(nèi)部安裝麥克風(fēng)，檢測出教室的安靜程度。同時(shí)，采用WiFi或4g（在條件允許的情況下）等通信模塊進(jìn)行無線傳輸數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送給云端。采用LCD液晶模塊，顯示出教室的具體人數(shù)。同學(xué)們可以登錄手機(jī)APP或微信公眾號(hào)來獲取自習(xí)室的實(shí)時(shí)信息。繼電器的使用，將在教室無人的情況下關(guān)閉電燈、風(fēng)扇、空調(diào)等用電設(shè)備。從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源的目的。

2 系統(tǒng)整理方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)出實(shí)際可用的智能自習(xí)室系統(tǒng)遵循以下幾條原則：

（1）較高的人數(shù)計(jì)算精確度

（2）較強(qiáng)的抗干擾能力

（3）較好的信息傳輸安全性。

（4）較高的穩(wěn)定性。

（5）相對(duì)低的能量消耗。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括主控器、計(jì)數(shù)攝像頭、測噪麥克風(fēng)、WiFi傳輸模塊、副控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、液晶顯示屏等。

2.2.1 人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，攝像頭記錄下數(shù)據(jù)，并傳輸給主控制器，經(jīng)算法處理后，測得出入人數(shù)。

2.2.2 測噪系統(tǒng)

用三極管將麥克風(fēng)電流信號(hào)放大，將其連接至主控制器，對(duì)該電流信號(hào)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，得出噪聲大小。

2.2.3數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

用無線傳輸模塊將測得數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并發(fā)送給位于教室門口的顯示系統(tǒng)。多個(gè)教室的數(shù)據(jù)分別上傳至服務(wù)器，構(gòu)成數(shù)據(jù)庫，以便進(jìn)行總體資源調(diào)配

2.2.4顯示系統(tǒng)

教室門口的副控制器接收到主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)后，控制液晶模塊顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)，以便用戶查看教室使用情況。

2.2.5智能分配系統(tǒng)

建立教室使用情況數(shù)據(jù)庫，用戶在客戶端即可查詢各個(gè)教學(xué)樓、各樓層教室使用情況。

2.2.6儲(chǔ)存系統(tǒng)

儲(chǔ)存攝像頭原始數(shù)據(jù)，以便調(diào)用，考試時(shí)使用，可有效預(yù)防作弊。

2.3 模塊設(shè)計(jì)方案

2.3.1人數(shù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)于攝像頭的通道行人計(jì)數(shù)，目前有很多解決方案，傳統(tǒng)的方法包括：視頻捕獲、目標(biāo)提取、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、軌跡分析等。

經(jīng)過綜合對(duì)比，最終我們選用軌跡分析法，運(yùn)用該方法的智能攝像頭精準(zhǔn)度更高。該方法原理是根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向和位移，判斷目標(biāo)是進(jìn)入還是離開指定區(qū)域，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)目統(tǒng)計(jì)。

2.3.2 噪聲測量

在教室內(nèi)安裝小型麥克風(fēng)，根據(jù)麥克風(fēng)的工作原理，與單片機(jī)配合，自制一個(gè)聲級(jí)計(jì)。

聲級(jí)計(jì)工作原理

（1）由傳聲器（麥克風(fēng)）將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，

（2）再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。

（3）將放大后的信號(hào)與單片機(jī)I/O相連，用單片機(jī)將放大后的電壓進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而計(jì)算出噪聲等級(jí)。

2.3.3 數(shù)據(jù)傳輸

本項(xiàng)目將采用ESP8266WiFi模塊，該模塊操作簡單，只需要在代碼里簡單的配置好通信參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)通信了。鑒于學(xué)校里普遍使用WiFi，所以優(yōu)先使用WiFi模塊，在后續(xù)條件允許的情況下會(huì)考慮加入4g模塊。

這里我們主要用到 “建立TCP連接或注UDP端口號(hào)”和”發(fā)送數(shù)據(jù)”兩條指令

在 AT 模式下可以通過串口的 AT 指令對(duì)系統(tǒng)參數(shù)做配置。指令格式僅為：AT+=＼r＼n

常用的指令為：AT+CIPSTART＼r＼n 或 AT+CIPSEND＼r＼n

2.3.4 LCD顯示

副控制器的WiFi模塊接收到數(shù)據(jù)后，副控制器將收到數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給LCD12864進(jìn)行顯示，包括人數(shù)、噪聲程度等。為方便接線，這里選用串行接法：

2.3.5 儲(chǔ)存系統(tǒng)

首先，選用SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)備份儲(chǔ)存，將原始數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到SD卡中。通過移植FATFS文件系統(tǒng)，當(dāng)SD卡沒有剩余空間可以繼續(xù)寫入時(shí)，使用flseek函數(shù)，對(duì)之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)覆蓋，即按照時(shí)間順序，將新數(shù)據(jù)寫入，將最早寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋，循環(huán)如此。需要查看卡內(nèi)數(shù)據(jù)時(shí)，則將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行取出，進(jìn)行處理，得到視頻文件以及教室使用日志。

其次，也可將教室課程安排文件提前錄入SD卡，經(jīng)主控制器處理后，可方便用戶了解教室內(nèi)是否正在上課。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目的研究背景是根據(jù)各個(gè)高校的自習(xí)室使用情況，全國各大高校都有著自習(xí)室資源分配不合理的現(xiàn)象，自習(xí)室的一部分人占用整個(gè)教室，從而造成了大量的資源浪費(fèi)，不僅影響別人的學(xué)習(xí)，還為學(xué)校增加不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

智能自習(xí)室系統(tǒng)不僅人性化、智能化，還為圖書館的管理人員和在校學(xué)生提供了便捷，在最大程度上節(jié)約資源，有效利用資源，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。使得學(xué)生在自習(xí)室自修學(xué)習(xí)，不用搶座位，大家一起文明自習(xí)。

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（北華大學(xué)? 吉林? 132021）