基于云平台的学生宿舍智能化管理系统

陈耀钊 李雪竹

摘 要：随着高等教育的快速发展，高校的招生规模日益扩大，大学生宿舍管理也更加困难。大学生的数量日益增多，人工管理宿舍的弊端逐渐凸显，而宿舍管理对于高校来说又是保证学生管理质量的重要部分，针对校园宿舍管理方面的难题，设计了一款基于云平台的学生宿舍智能化管理系统，提高宿舍管理的质量与效率，保证学生的身心健康，为高校宿舍的管理提供诸多便利。

关键词：云平台;宿舍管理;高校大学生

宿舍是高校学子在校内的主要聚集地，也是除了课堂学习之外，最重要的生活与活动场所。但是根据最新的调查研究显示，当代大学生在宿舍内的平均睡眠时间低于六小时。并且其中绝大部分是因为学习之外的原因熬夜从而没有按时就寝睡觉，导致第二天精神萎靡，甚至无法按时起床，严重影响之后的学习生活。除此之外，平时在校期间，学生的外出与夜归情况也都需要学校管理人员能够及时掌握到。并且，每逢节假日，学生在放假时的离校情况，与放假后的返校情况也都是学生宿舍管理工作的重点之一。因此，设计一套基于云平台的高校宿舍智能化管理系统，既能够对学生在宿舍内的就寝与起床情况进行实时监测又可以对学生宿舍的人员流动情况进行实时的掌握。与此同时，还可以加强老师和学校管理人员对于学生实际生活动态的了解。让老师全方位了解学生在宿舍内的生活情况，使其更加走进学生，更加融入学生的学习生活，更加有利于其对于学生的教育和管理。

一、高校宿舍管理现状分析

（一）宿舍管理现状

近年来，校园涌现出越来越多的信息管理系统，逐步覆盖了校园内各类教学与管理业务，校园的管理水平和管理效率在各类系统的协助下取得了长足发展。每年的大学生人数都在增加，对高校来说每年的大学生宿舍管理越来越难。就现在来说大部分大学虽然在学生学籍管理方面应用了高效的信息系统，但管理方式仍以人工管理为主。高校的大学生宿舍管理大部分在使用这种传统的管理方式，大部分的学生宿舍管理工作都是由宿管员和辅导员负责。这些管理工作对于宿管员和辅导员来说，既烦琐工作量又大，而且会消耗大量的人力、物力和财力，从而不利于高校的长远发展。

（二）宿舍管理系统现状

目前，市场上出现过许多学生宿舍管理系统，其所提供的配置大多数都是站在学生的生活需求上面来设计的，如有：查询水电费、缴纳水电费，通过智能手机应用程序远程控制宿舍的灯光、空调、窗帘、窗户，盗窃预警、火灾预警、使用大功率电器预警等。但是，无论是国内还是国外，站在老师、家长的需求上设计可监测学生就寝情况的学生宿舍管理系统少之又少。

二、系统设计方案

（一）系统整体设计

宿舍管理系统基于人体红外传感器、ZigBee、和OneNet云平台，通过在寝室门和各床位上安装的人体红外传感装置采集数据，经ZigBee将数据传送至子站，子站再将汇集到的数据经有线网络传送至OneNet云平台，OneNet云平台对数据进行存储与处理，再根据用户权限将数据传送至App，实现一种高效的数据传输系统。系统整体运作流程如图1所示。

（二）系统功能设计

（1）在App中实时查看宿舍人员流动情况及学生就寝情况。老师和家长通过在App中输入学生的相关信息（学院、专业班级、学生姓名）便能查看到此时学生宿舍内有多少人，是否在床上睡觉，方便老师和家长对学生进行就寝管理，减少管理人员查寝的工作量。

（2）晚归、晚睡及缺课消息的及时通知。若学生出现以下情况：超过学校规定的晚归时间还未回寝室;到了半夜12点还未上床就寝;早上在有课的情况下未及时起床等，系统能及时发出报警信号，并将报警信号、报警类型、学生姓名、学生手机号码上传云平台，老师与家长通过授权方式就能很方便查询学生违规情况。对于特殊情况，如学生晚上未归、睡懒觉不按时上课等信息，系统能以短信的方式及时反馈给辅导员和学生家长，方便辅导员与学生家长提醒学生及时纠错。

（3）对返校情况的及时确定。目前，收假后学生的返校情况只能由学生管理员一一排查，或由班干排查后统一向学校汇报。这两种方法不仅费时费力，且统计结果有可能与真实情况不符，这将严重影响到学生切身安全问题，同时使得学校和父母无法真正的了解学生是否安全到校。该系统可根据寝室人员流动情况变相的完成返校情况的检查。

（4）云平台中作息情况分析云平台会根据传感器采集到的信息统计出该生一周、一个月、一季度和一年的就寝时间，学生通过授权能在App查询自己的统计数据，方便学生总结与反思前一段时间的生活作息状况，便于学生主动养成健康的生活作息规律。

（5）对学生起床与就寝的提醒。若有课的时段，云平台通过课表与单片机发送来的数据进行匹配，判断是否有学生未及时起床或者未出门，如果学生未及时起床或未及时出门，单片机将控制扬声器发出起床铃声或尽快出门的提示语，进行强制性干预，以减少大学生上课缺勤迟到的情况。如果有学生未及时就寝或及回归情况，系统亦能以短信及语音方式予以提醒。功能如图2所示。

三、宿舍智能化管理系统设计

（一）硬件感知系统

本系统分为检测模块和传输模块，采用的主控制器是51单片机，型号是STC89C52RC，是STC公司生产的低功耗、高性能CMOS8位控制器，具有8K字节系列可编程Flash存储器。

检测模块由HC-SR501人体红外传感器搭建，灵敏度高、可靠性强、超低电压供电，有两种触发方式。门边先后安放两个传感器，利用传感器检测到信号的先后顺序判断人员进出情况，用来统计宿舍内人数;在宿舍每个床位安放一个传感器，用来检测学生就寝状况。寝室传感器分布图如图3所示。

传输模块采用E32-433T27D无线串口通信模块，支持LoRa直序扩频技术，低功耗，传输距离远可达5000m以上，抗干扰能力强，拥有较高的保密性能。该模块的通信接口为UART接口，与单片机连接采用串口通信全双工模式进行数据的传输。利用MCU“中断+定时器超时”的方式控制该模块，一旦射频模块完成数据的接受或发送，立刻进入休眠模式，達到低功耗的目的。可通过对模块的设置，使得模块参数将会保存，即使掉电，也会在上电后依旧按照设置好的参数执行命令。模块内有看门狗，在发生异常情况时，可及时重启并按照之前的设置继续工作。无线串口通信模块将从单片机上所接收到的宿舍人数、就寝情况、睡眠时长等信息通过ZigBee无线网络上传至子站，完成数据的采集、整理与发送。

（二）网络传输

该系统主要利用无线通信网络将楼内的每一间宿舍分机与一栋宿舍的主机连接成一个网络，通过ZigBee网络将单片机收集的信息传输至子站，利用校园内的有线网络将子站与云平台连接并进行数据输送，通过无线网络发送至手机APP，实现对各宿舍情况的集中管理。

宿舍至子站的数据传输线路由Zigbee无线通讯模块构成。ZigBee 是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，具有成本低、功耗小、设备稳定可靠等优点。ZigBee网络主要包含三种节点类型：ZigBee 协调器（ZigBee，Coordinator，ZC）、ZigBee路由器（ZigBee，Router，ZR）和终端节点（ZigBee，End，Device，ZED）。终端节点接收到来自单片机的数据，传输至路由器，路由器可以运行一个存放有路由协议的精简协议栈，负责网络数据的路由，实现数据中转功能。协调器是网络建立的起点，负责PAN 网络的初始化，确定PAN的ID号和PAN操作的物理信道并统筹短地址分配，子站与每个传感器之间有专属的地址，并与传输至云平台的有线网络相连接。无线通信模块与宿舍的单片机USB口相连接，单片机将检测到的人体红外传感器数据通过串行口传送到无线通信模块。无线模块接将收的信息，传输至子站。

子站接收到数据后，通过有线网络传输到学校云平台。有线传输技术最主要的特点就是需要借助于电缆或者光缆等传输介质完成信息传输，利用TCP/IP协议，并通过以太网进行传输。云平台接收到传输来的数据并整合后，通过4G网络发送至手机APP。4G网络具有通信速度快、覆盖范围广、通信灵活、高质量通信、频率效率高且费用便宜的特点。网络传输流程如图4所示。

（三）云平台

云服务器，可在广域网或局域网内将硬件、软件、网络等系列资源统一起来，实现数据的计算、储存、处理和共享。单片机将传感器采集到的数据上传到云服务器后，云平台进行存储与处理，当手机App用户发送查询请求时，与其建立连接并根据用户所具有的权限，反馈相应的信息至手机App。在云服务器中建立数据库，所述数据库包含4个表，分别是：学生信息表、课程表、宿舍人员出入情况表和宿舍人员休息情况表，所述学生信息表用于存储学生的姓名、学院、专业、班级、学号、电话号码、登录密码、宿舍号、床位号等信息;所述课程表用于存储全部班级的课程信息;所述宿舍人员出入情况表用于存储宿舍号、宿舍内人数等信息;所述宿舍人员休息情况表用于存储宿舍号、床位号和宿舍人员在床时间。OneNet是一款由中国移动打造的PaaS物联网开放平台，适配各种网络环境和协议类型、支持各类传感器和智能硬件的快速接入和大数据服务的云计算平台开发工具，因此，采用OneNet搭建云服务器。设备终端在接入OneNet设备云之前，需在平台网站注册用户账号，登录中国物联网开放平台官方网站即可用邮箱账号注册。之后用户可凭借此账号登录OneNet设备云平台首页进行新建项目、新增设备、新增数据流、查看数据、新增触发器、添加APIKEY、新建应用等操作，各项操作完成后，OneNet会为每个虚拟设备自动分配唯一的设备ID和PIKEY，凭借此时的设备ID和APIKEY可使智能硬件、远程移动控制端与OneNet設备云建立TCP连接。在单片机将传感器采集到的数据上传到OneNet之前，需要给单片机配置与OneNet对应的设备ID与APIKEY，才可实现单片机与OneNet的互连。

单片机将传感器采集到的数据上传到云服务器后，云平台进行存储与处理，当手机App用户发送查询请求时，与其建立连接并根据用户所具有的权限，反馈相应的信息至手机App。如图5所示。

四、结论

本文设计了一种基于人体红外传感与无线通信的学生宿舍智能化管理系统，在不侵犯学生隐私的前提下，从传统的查寝变为智能查寝，能有效帮助宿舍管理人员与学生管理人员对学生宿舍的管理，减轻了管理人员的劳动强度，也有利于节省学校在宿舍管理上的开支，同时也便于学生及时了解自己的作息习惯，以培养学生养成良好的生活、学习习惯，更大程度上的为学生、管理人员、家长提供方便。以实现一套更完善、更全 面、更智能，更便利，更简洁的学生宿舍管理系统。

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