基于Arduino开发的学生宿舍自动查房装置

葛永普

摘要：从学生宿舍人员安全管理的角度考虑，开发一款可为宿管人员快捷查房的系统。本设计以Arduino为开发平台，人体红外传感器和压力传感器监测人员是否就寝，识别后通过W5100网络模块把信息发送给宿管平台。宿管平台可以准确的显示空床人员的信息，方便宿管人员核实。经测试，该系统能有效的监测是否有人就寝，功耗低、操作简便、稳定性高、实时性好。

关键词：宿舍查房；Arduino；人体红外传感器；压力传感器；w5100；宿管查房系统

1.研究背景及目的

在学校住宿时发现宿管人员在查房方面存在着许多不足之处。随着物联网技术的不断发展，相关元器件价格不断下降，技术越来越成熟，使得智能化设备走进了我们普通人的生活。笔者于是设计了一种采用物联网技术的自动查房装置。研究本装置的主要目的是：简化查房的流程，方便宿管人员的管理；可以显示空床人员的基本信息，为了最大限度的保证查房力度，确保没有人员查房后外出；装置具有实时显示床位信息的功能，如果发生紧急事件，可以一键求助。

2.设计思路

首先根据学校住宿情况进行了大量的调查，并和宿管人员进行了沟通。其次通过上网查询资料、请教学校老师等制定了系统结构和规划了系统功能，从经济可行性和技术可行性考虑，最终确定以Arduino为开发平台，人体红外传感器和压力传感器监测人员是否就寝，通过w5100模块进行信息交互，采用DS1309时钟模块控制设备工作时间。系统的总体框图，如图1所示。

3.研究过程

3.1装置的组成和工作原理

本实用新型采用Arduino单片机作为核心控制模块，通过网络形式将信息传递给电脑端程序。通过人体红外传感器和压力传感器采集数据。传感器采集数据后，将数据交单片机处理，如果符合数据发送要求，将数据发送给电脑端。电脑端可以实时显示当前用户的信息。系统流程图，如图2所示。

3.2设备端的设计与实现

（1）硬件主要包括人体红外传感器、压力传感器、轻触开关、铝板、床模型等。

（2）传感器选择。设备的成功关键，是选择合适的传感器测量数据。为了检测准确，反馈信息及时，传感器分别采用了HC-SR501人体红外传感器和FSR402薄膜压力传感器。壓力采用FSR402薄膜压力传感器，这款压力传感器是将施加在FSR传感器薄膜区域的压力转换成电阻值的变化，从而获得压力信息。压力越大，电阻越低。其允许用在压力0g-10kg的场合，如图3所示。人体红外传感器采用HC-SR501模块，工作原理如下：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。如图4所示。

（3）数据采集端部分代码如下：

3.3电脑端设计

采用VB语言编写服务端程序。用来显示当前在线的用户信息，包括学号、班级、楼号、房号、联系电话、统计数据等；可以显示当前用户的状态。服务端界面如图5所示。

4.测试及使用方法

（1）将设备和电脑接入统一网段。（使用同一个交换机或路由器）；

（2）把电脑IP地址设置成192.168.1.117，如图6所示；

（3）打开软件，并开启服务；

（4）将模型接入电源和交换机后，点击软件“开启服务”按钮。软件会显示模型现在的状态（红色表示空床，绿色表示有人就寝）。可以用手挤压床上的压力传感器来实现模拟测试。

（5）按设备上的“求助”按钮，软件端会显示请求字样。用鼠标选择本用户后，点击发送会，软件会向模型发送命令，测试模式上的指示灯点亮。如果用户按了求助后，不需要求助了，可以按设备上的“取消求助”按钮来取消，如图7所示。

5.改进设想

采用重力传感器，作为压力采集传感器；增加烟雾传感器实时监测火灾；增加声音传感器监测声音大小，有效管理宿舍熄灯后说话的现象；增加光照传感器控制宿舍内的光照信息采集。

6.远景目标：和有关厂家合作，开发新型产品，实现经济效益。

7.技术创新点

本项目利用Visual Basic语言、arduino开发板、压力传感器、人体红外传感器、生活中常见材料设计的快捷查房装置，具有以下优点：

该系统可以准确的显示空床人员的信息，方便宿管人员核实。使宿舍管理人员摆脱了以往奔波式、往复查房的过程，大大减轻宿管人员的负担。经测试，该系统能有效的监测是否有人就寝，功耗低、操作简便、稳定性高、实时性好。

参考文献：

[1]陈吕洲.Arduino.北京：北京航空大学出版社，2015：152-183；

[2]Michael Margolis.Arduino权威指南. 北京：人民邮电出版社 2013， 28（3）：168-172；

[3]高春艳，李俊民，刘彬彬. Visul Basic数据库系统开发案例精选/明日科技编著 人民邮电出版社，2006.5（数据库管理系统开发从技术到实践）；

[4]龚沛曾，杨志强，陆尉民. Visual Basic程序设计教程. 3版. 北京高等教育出版社，2007.3；

[5]杨丽，曾全书，Visual Basic与access在人力资源管理系统开发方向上的应用.清华大学出版社，2006.5.