智能宿舍管理与监测装置系统设计与实现
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作者:左先旺 李成伟
摘 要：智能化、數字化、信息化是校园管理的发展方向，校园管理成功与否关系到学生群体的个人发展。鉴于校园管理的漏洞，赖床和晚睡等拖延式作息对学生的身体和学习产生了很大影响。在宿舍生活中，辅导员不能及时、准确地了解学生的作息情况，同时，监管过程中存在着大量的时间与人力成本耗费。为了调整学生作息、精细管理，文章设计了一款智能宿舍管理与监测装置。该装置通过铺设在床垫上的压力传感器及温度传感器，实现了对学生是否在宿舍的智能检测。通过NB-IOT将在寝数据上传到机智云云端，可以统一设置起床时间，随时查看接入网络的用户在寝数据。
关键词：智能宿管;窄宽带物联网;起床提醒;远程设置
在宿舍生活中，宿舍管理员并不能知悉各位学生的上下床及作息情况，逐一巡查则会耗费大量的时间和人力。宿舍监测最看重信息的及时性和准确性，然而很多学校虽在宿舍管理方面花费很多人力物力，却仍没有彻底解决相关问题。
目前，为了保护学生隐私，安装在室外的监控器或摄像机虽能判断学生是否进出宿舍，但却无法获知室内情况，不能对具体床位进行监测，对学生的安全亦没有有效保障。智能化、数字化、信息化是校园管理的发展方向，校园管理成功与否关系到学生群体的个人发展。鉴于校园管理的漏洞，赖床和晚睡等拖延式作息对学生的身体和学习产生了很大影响。在宿舍生活中，辅导员不能及时、准确地了解学生的作息情况，同时，监管过程中存在大量的时间与人力成本耗费。为了调整学生作息、精细管理，现设计一款智能宿舍管理与监测装置。实现中高等学校集体住宿的智能管理，帮助使用者养成良好的作息习惯，使老师及宿管能更方便地获取宿舍学生的就寝情况，及时、准确地监测学生逃课睡觉或夜不归寝等情况，更加有效地保障学生安全，实现校园管理智能化、校园生活健康化[1-3]。
1 智能校园管理现状
对老师来说，挨个宿舍去查寝劳动量巨大，费时费力。查寝具有时间固定等特性，使学生只在固定时间内能够被查到，并不知道其他时间段学生的状态。调查显示，只有11.24%的辅导员每天进行查寝，而有59.55%的辅导员进行的是抽查。
目前，市场上现有的相关产品都不能及时、准确地检测学生的在床状态，也很容易发生代打卡、逃避检查的问题，对宿舍管理的安全性也有了极大的考验。
1.1 考勤APP
考勤APP使用虚拟定位等技术实现虚拟打卡，未在设定好的范围之内即可进行远程打卡，且代打卡现象频发。大范围的打卡考勤，也不能具体到每个宿舍，不能查看学生是否在寝。
1.2 指纹打卡
学生打卡进入宿舍后可以再出去，指纹模具也有造假现象的存在。前期需要录入全校学生的指纹，工程量巨大，高峰期会出现拥挤的现象。
1.3 门禁系统
门禁系统价格昂贵，高校宿舍楼栋众多，使用门禁系统成本高昂，且其具有时点性，学生打卡进入宿舍后可以再出去。门禁系统需要借助校园卡等辅助产品，若校园卡丢失，则会增添学生出入寝室的麻烦，在早课等高峰期间出现拥挤现象，且易出现代替打卡问题。
对老师的管理而言，通过纸质记录数据的方式已经落后，且校园管理数据量太大。另外，异性老师查寝则成为一个尴尬的问题。
2 关键技术
本智能宿舍管理装置意在提供一种宿舍爬梯式闹钟，放置于爬梯上，当下床踩到爬梯垫，触碰垫中的压力传感器，闹钟才会停止。闹钟鸣叫的时候，人踩到压力感应装置上之后微处理器控制闹钟停止鸣叫，这样迫使学生起床关掉闹钟，解决了学生的起床拖延症，具有较好的唤醒效果。市面上使用类似原理的地毯闹钟占地面积大、成本高，不利于在宿舍中的使用，本装置在宿舍的使用中具有极大的优势。
3 硬件设计
本装置采用压力传感器来获取相应的压力值，对实际的压力传感器，本装置可以将其视作为一个阻值随压力改变而改变的电阻。首先，本装置要将人卧床后传感器的阻值改变，使得本装置的单片机可以获得一个数字信号，当人起床后本装置可以获得一个相反的数字信号，那么本装置就可以通过单片机对数字信号的分析来确定使用者是否起床，当然，在设计时也考虑到了有一些误判的情况，所以本装置就使用了10个压力传感器来做成点阵式系统，对10个信号进行分析处理，所获取的值基本接近实际情况。
设计时，单一的信号可能不准确，本装置加上了温度传感器，在压力信号采集的同时，采集床铺的温度变化，用温度和压力双信号来具体确定使用者是否已经起床。本装置采用点阵式压力传感器和温度传感器相结合的方式来实现相关功能，所以使用了TLC2274四路电压放大器来进行电压放大和LM339四路电压比较器来进行电压比较，以便达到较小功耗。本装置使用10路压力传感器将其按上述的电路进行信号处理，再将比较器和放大器剩余的两路按照相同的处理方法来进行处理，本装置就可以将12路信号都以数字信号的形式输出。
4 软件设计
4.1 系统实现的相关技术
文章所设计的智能宿舍管理平台和配套的手机软件均按照软件工程的设计规范，利用结构化和面向对象技术相结合的方式进行系统分析与设计，系统编程实现采用的工具有DCloud推出的一款支持HTML5的Web开发IDE：HBuilder，一个开放源代码且基于Java的可扩展开发平台：Eclipse。后台采用SSM框架下的Java语言，前端使用H5，CSS3，JavaScript编程语言，少部分界面使用bootstrap，layui框架，并且使用了jQuery框架，利用Ajax实现数据交互。数据库采用了Oracle公司的MySQL[4-5]。
4.2 系统的用例设计 本裝置产品需要实现参与者通过向系统或请求系统输入某些事件来触发系统的执行的功能。
4.3 数据库安全性设计
（1）为用户存储登录密码，登录时必须经验证用户名和密码相匹配的时候才能登入到系统，所有密码经过消息摘要算法（Message Digest Algorithm ，MD5）盐值加密后存入系统。
（2）用户可以通过操作具有相关权限的功能来间接性地对数据库中的数据进行增、删、查、改，但是存储过程对于其他系统用户来讲是完全透明的。
（3）创建数据库模式的权限。
4.4 系统总体功能实现流程
本文开发的智能宿舍管理平台以及配套APP全部开发在同一个项目里面，APP与网站一起使用SSM框架实现Javaweb项目。网站的主要功能是管理人员对所有人员和设备的管理以及日志的管理，APP主要是个体用户即普通学生使用，用户通过APP可以查看个人的设备信息、设备的历史记录以及所有用户的整体数据分析，如果是主动用户，还可以自己设置闹钟装置的响铃时间。本项目整体基于浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式3层体系结构进行设计，具体包括表现层、业务逻辑层、数据访问层。结合MySQL数据库存储过程的编写，利用HBuilder，Eclipse等集成开发环境，实现了智能宿舍管理平台以及配套APP功能需求说明中的主要模块。
5 结语
本文研究设计了一种智能宿舍管理装置，研发创意来源于中高等学校的学生就寝情况，一方面，高校学生夜晚翻墙外出上网的事件频发;另一方面，高校花样查寝方式不断涌出。基于这些情况，本装置专门针对夜晚睡眠问题展开研究，发展潜力巨大。从人们的经济水平上看，收入不断提高，生活相对富足，对智能化生活的需求也增大。在主打的高校领域市场基于饱和时，本装置也可以考虑向上述领域拓展。
[参考文献]
[1]王曼伊，王志强，周霞，等.基于能耗监管平台的某高校宿舍用能调查分析[J].建筑节能，2016（5）：70-74.
[2]袁英.民办高校学生宿舍管理系统的研究与分析[D].昆明：云南大学，2016.
[3]蒋维昱.学生宿舍管理系统的分析与设计[D].昆明：云南大学，2012.
[4]佘洪波，许育森，张圣超.基于MSP430和STM32无线通信系统的设计[J].福建电脑，2013（13）：93-95.
[5]尤卫卫，冒建亮，叶桦.基于STM32和CPLD的TFT-LCD显示控制器设计[J].液晶与显示，2015（30）：444-450.
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