高校教室感知管理裝置制造方法
【專利摘要】高校教室感知管理裝置根據(jù)光檢測傳感器、紅外感應(yīng)傳感器、溫度傳感器實時采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)由單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后判斷教室燈光電路和電風(fēng)扇電路的開啟或關(guān)閉，起到了節(jié)約資源的效果；另一方面，單片機(jī)將該教室的實時情況上傳給云端服務(wù)器，云端服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)分析處理，并給移動客戶端提供查詢接口，學(xué)生們可以通過移動客戶端或者教室門口的顯示模塊了解教室的情況，同時移動客戶端可以輸入自己所需使用教室的時間段，并提供當(dāng)前定位數(shù)據(jù)向云端服務(wù)器提出查詢請求，云端服務(wù)器根據(jù)教室課程安排、客戶端的定位位置和所需要使用教室的時間段，給出最佳教室推薦。本裝置成本低，安裝簡易，操作方便，實現(xiàn)節(jié)約能源，合理分配教室資源的功能。
【專利說明】高校教室感知管理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明【技術(shù)領(lǐng)域】為微型控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體為教室環(huán)境自動感知，教室信息移動端顯示、移動端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)交互和控制教室電路以達(dá)到節(jié)能目標(biāo)的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，就高校而言，普遍存在有些同學(xué)跑遍整棟教學(xué)樓都難以找到一間可供自習(xí)的教室，而另一棟教學(xué)樓的每個教室里僅有寥寥幾人，在教室自習(xí)中途被告知馬上有課只能被迫重尋教室，晚上有的教室沒有人燈卻全都開著，有時天氣并不熱電風(fēng)扇卻開著，嫌冷的同學(xué)并沒有主動關(guān)電扇而是坐到遠(yuǎn)離電風(fēng)扇的座位上。在高校中，大部分高校是免費供電的，從而造成了學(xué)生的節(jié)約意識薄弱，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年僅此一項，我國就浪費了上億度民用電。因為教室信息沒有及時共享，而造成的教室資源分配不合理，不僅造成了能源的浪費，同時每天都要花時間找自習(xí)教室也浪費了同學(xué)們大把可用于學(xué)習(xí)的寶貴時間。
[0003]關(guān)于高校教室感知管理裝置，目前也有一些研究，但是這些研究到現(xiàn)在都沒有在高校中實施，其原因在于:
[0004](I)沒有一個統(tǒng)一的信息共享平臺，同學(xué)們還是需要花時間找自習(xí)教室；
[0005](2)沒有將各教室連成一個網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)只是為單獨的某個教室服務(wù)，使得學(xué)校教室資源分配不均勻，造成巨大浪費；
[0006](3)只能提供當(dāng)前空閑的教室，一個教室現(xiàn)在可以使用，可能過一會該教室就有課，不切實際；
[0007](4)只是單獨的檢測光線或者單獨的檢測溫度，系統(tǒng)沒有結(jié)合教室人數(shù)來實施控制；
[0008](5)對教室的人數(shù)統(tǒng)計精度不夠高；
[0009](6)現(xiàn)有系統(tǒng)價格高昂，高校教室多，一次性投資大，很多高校并不愿意為此投入過大的財力安裝這種控制系統(tǒng)；
[0010](7)現(xiàn)有產(chǎn)品安裝難度大，需要對教室作較大的改造，而高校教室設(shè)施已經(jīng)成型，做大規(guī)模的改造，工程浩大，可行性低；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的主要目的在于提供了一種高校教室感知管理裝置，這種系統(tǒng)根據(jù)光檢測傳感器、紅外感應(yīng)傳感器、溫度傳感器實時采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)由單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后判斷教室燈光電路和電風(fēng)扇電路的開啟或關(guān)閉，起到了節(jié)約資源的效果，在教室沒人、光線足夠強(qiáng)、溫度不夠高的情況下綜合判斷教室電路的通斷，減少浪費；另一方面，單片機(jī)將該教室的實時情況上傳給云端服務(wù)器，云端服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)分析處理，結(jié)合課表安排情況、客戶端的定位位置和所需要使用教室的時間段，給出當(dāng)前最佳教室推薦，同時給移動客戶端提供查詢接口，同學(xué)們能夠了解教室信息并及時找到合適的自習(xí)教室，達(dá)到教室資源合理分配的功能。[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案為:高校教室感知管理裝置由單片機(jī)控制模塊，云端服務(wù)器，移動客戶端，顯示模塊，光檢測傳感器，紅外感應(yīng)傳感器，繼電器以及溫度傳感器組成，光檢測傳感器和溫度傳感器安裝在教室的中間位置，分別對光線和溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，紅外感應(yīng)傳感器安裝在門框上檢測人員進(jìn)出以便統(tǒng)計教室內(nèi)的人數(shù)，繼電器分別與燈光電路和電風(fēng)扇電路相連，單片機(jī)控制模塊和顯示模塊安裝在門口的墻壁上，便于學(xué)生查看教室信息，光檢測傳感器、紅外感應(yīng)傳感器和溫度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送給單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊對數(shù)據(jù)分析處理，通過繼電器控制燈光電路、電風(fēng)扇電路的開啟或關(guān)閉，同時，單片機(jī)控制模塊將教室實時環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，云端服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)分析處理，并給移動客戶端提供查詢接口，學(xué)生們可以通過移動客戶端或者教室門口的顯示模塊了解教室的情況，同時移動客戶端可以輸入自己所需使用教室的時間段，并提供當(dāng)前定位數(shù)據(jù)，云端服務(wù)器根據(jù)教室課程安排、客戶端的定位位置和所需要使用教室的時間段，給出最佳教室推薦。其特征在于成本低，安裝簡易，操作方便，實現(xiàn)節(jié)約能源、合理分配教室資源的功能。
[0013]單片機(jī)控制模塊I中的單片機(jī)為nRF24El單片機(jī)模塊中的C51單片機(jī)內(nèi)核，對光檢測傳感器、紅外感應(yīng)傳感器、溫度傳感器信息進(jìn)行處理，控制燈光電路、電風(fēng)扇電路的通斷，同時將教室信息通過無線通信方式傳送給云端服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)計分析，云端服務(wù)器綜合分析數(shù)據(jù)，返回最佳教室推薦，并顯示出來。
[0014]光檢測傳感器使用光敏電阻串聯(lián)電位器。
[0015]紅外感應(yīng)傳感器由兩對紅外收發(fā)管E3F-OTN1-5L組成，根據(jù)紅外收發(fā)管鏈路的通斷檢測到人員的進(jìn)出，根據(jù)兩對紅外收發(fā)管鏈路的通斷順序先后，可以判斷人員是進(jìn)或者出。
[0016]控制燈光電路與電風(fēng)扇電路開啟或關(guān)閉的繼電器是單相固態(tài)繼電器SSR-40LA。
[0017]對室溫進(jìn)行實時監(jiān)測的溫度傳感器為DS18B20溫度傳感器。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019]1.由于各個模塊相互作用，使得各個教室連成一個網(wǎng)絡(luò)，云端服務(wù)器對接收到的教室信息進(jìn)行分析處理，統(tǒng)籌分配教室；
[0020]2.設(shè)計的云端服務(wù)器給移動客戶端提供數(shù)據(jù)查詢接口，同學(xué)可以隨時隨地掌握教室信息，節(jié)約時間；
[0021]3.云端服務(wù)器給出的教室推薦結(jié)合了預(yù)先輸入的課表安排、客戶端定位數(shù)據(jù)和所需使用教室的時間段，使用者能夠就近找到一個在該時間段空閑的教室；
[0022]4.通過紅外感應(yīng)傳感器、光檢測傳感器和溫度傳感器感知教室環(huán)境，控制教室電路通斷，節(jié)約能源；
[0023]5.本系統(tǒng)安裝方便，不需要對教室進(jìn)行大規(guī)模改造；
[0024]6.本系統(tǒng)設(shè)計巧妙，外觀簡潔，不需要占用較大空間，操作簡易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為高校教室感知管理裝置的工作原理圖。
[0026]附圖標(biāo)記說明:1_單片機(jī)控制模塊；2_云端服務(wù)器；3_移動客戶端；4_顯示模塊；5-光檢測傳感器；6_紅外感應(yīng)傳感器；8_濕度傳感器；7_繼電器；9_繼電器。[0027]圖2為高校教室感知管理裝置的實物安裝示意圖。
[0028]附圖標(biāo)記說明:10_電燈；11_電風(fēng)扇。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明的整體裝置結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由單片機(jī)控制模塊1，云端服務(wù)器2，移動客戶端3，顯示模塊4，光檢測傳感器5，紅外感應(yīng)傳感器6，溫度傳感器8和繼電器7、9八大模塊組成。光檢測傳感器5、紅外感應(yīng)傳感器6、溫度傳感器8將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送給單片機(jī)控制模塊1，顯示模塊4將這些信息實時顯示出來，單片機(jī)控制模塊I對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過繼電器7、9控制燈光電路、電風(fēng)扇電路的開啟或關(guān)閉，同時單片機(jī)模塊I將這些數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器2，云端服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)分析處理，結(jié)合課表安排情況、客戶端的定位位置和所需要使用教室的時間段，給出當(dāng)前最佳教室推薦，同時給移動客戶端提供查詢接口，同學(xué)們能夠了解教室信息并及時找到合適的自習(xí)教室，達(dá)到教室資源合理分配的功能。
[0031]附圖2是本發(fā)明裝置的實物安裝示意圖。
[0032]高校教室感知管理裝置是結(jié)合高校教室現(xiàn)有電路而連接成的一套完整的裝置。首先將本系統(tǒng)的光檢測傳感器和溫度傳感器安裝在教室的中間位置，紅外感應(yīng)傳感器安裝在教室的門框上，同時將繼電器分別串聯(lián)到燈光電路和電風(fēng)扇電路的火線上，最后開啟控制模塊即可完成安裝。
[0033]當(dāng)本系統(tǒng)啟動后，光檢測傳感器5、紅外感應(yīng)傳感器6、溫度傳感器8對教室環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，并將實時數(shù)據(jù)送入單片機(jī)控制模塊1，初始設(shè)置教室內(nèi)人數(shù)為0，通過紅外感應(yīng)傳感器中兩對紅外收發(fā)管鏈路的通斷的先后順序判斷人員的進(jìn)或出，控制模塊實時更新教室內(nèi)的人數(shù)，只有教室有人并且教室溫度高于設(shè)定閾值時，控制模塊給繼電器輸出一個5V電壓，通過繼電器開啟電風(fēng)扇電路，只有教室有人并且光線低于設(shè)定閾值時，控制模塊才通過繼電器開啟燈光電路，不符合上述情況時控制模塊通過繼電器關(guān)閉電風(fēng)扇或燈光電路，單片機(jī)控制模塊將該教室的實時情況上傳給云端服務(wù)器，云端服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)分析處理，手機(jī)客戶端可以上傳所需使用教室的時間段和當(dāng)前定位數(shù)據(jù)，云端服務(wù)器結(jié)合課表安排情況，給出當(dāng)前最佳教室推薦，同時給移動客戶端提供查詢接口，同學(xué)們能夠了解教室信息并及時找到合適的自習(xí)教室，達(dá)到教室資源合理分配的功能。
[0034]下面是本發(fā)明的具體選材方案。
[0035]由于本系統(tǒng)的控制相對比較簡單，而且考慮到用戶在實施過程中需要進(jìn)行通信，我們選用HRF24E1作為單片機(jī)控制模塊1，該模塊具有無線通信功能，能夠保證教學(xué)樓范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。
[0036]控制燈光電路與電風(fēng)扇電路開啟或關(guān)閉的繼電器是單相固態(tài)繼電器SSR-40LA，繼電器輸入與輸出之間采用光電耦合，通斷沒有可動接觸部件，因此具有工作可靠、開關(guān)速度快、無噪音、壽命長、體積小、無火花、耐蝕防爆抗振等特點。
[0037]為了實現(xiàn)系統(tǒng)的簡單化和降低成本，本系統(tǒng)采用共陰數(shù)碼管顯示當(dāng)前教室的人數(shù)以及云端服務(wù)器推薦的當(dāng)前最佳教室。數(shù)碼管具有成本低廉，顯示清晰和控制簡單的優(yōu)點，本系統(tǒng)使用靜態(tài)顯示方法，不需要BCD譯碼器。[0038]溫度傳感器需要對溫度變化反應(yīng)靈敏，經(jīng)濟(jì)可靠，我們選擇了 DS18B20。DS18B20體積小、經(jīng)濟(jì)、靈活?？梢猿浞职l(fā)揮“一線總線”的長處。DS18B20只有3個管腳，分別是VCCjGND和數(shù)據(jù)線，即支持“一線總線”接口，非常適合51單片機(jī)的控制。測量溫度范圍為-55°C?+125°C，在-10?+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。
[0039]云端服務(wù)器2推薦最佳教室時使用距離計算算法與Geohash算法相結(jié)合的算法。
[0040]距離計算算法抽象為球面兩點距離的計算，即已知球面上兩點的經(jīng)緯度，A($radLatI, $radLngl)、B($radLat2, $radLng2),通過余弦定理以及弧度計算方法,最終推導(dǎo)出來的算式A為:
[0041]$s=acos(cos($radLatl)*cos($radLat2)*cos($radLngl-$radLng2)+sin($radLatl)*sin($radLat2)) *$R;
[0042]目前網(wǎng)上大多使用Google公開的距離計算公式，推導(dǎo)算式B為:
[0043]$s=2*asin (sqrt (pow (sin (($radLatl-$radLat2)/2), 2)+cos($radLatl)*cos($radLat2)*pow(sin (($radLngl-$radLng2)/2), 2)))*$R;
[0044]其中:$radLatl、$radLngl、$radLat2、$radLng2單位為弧度；$R 為地球半徑。
[0045]Geohash算法是把二位的經(jīng)緯度編成一維的字符串，緯度范圍(-90，90)平分成兩個區(qū)間(-90, 0), (0，90)，如果目標(biāo)緯度位于前一個區(qū)間，則編碼為0，否則編碼為I。然后再將(0，90)分成(0，45)，(45，90)兩個區(qū)間，并依此類推，經(jīng)度也用同樣的方法，然后合并經(jīng)緯度編碼，從高到低，先取一位經(jīng)度，再取一位緯度得出編碼。最后用0-9、b-z (去掉
a,i, I, 0)這32個字母進(jìn)行base32編碼。例如此時客戶端的經(jīng)緯度編碼為wm3yr31d2524，在SQL中，LIKE ‘wm3yr3%’即可查詢附近的所有地點。
[0046]我們首先把各教室的經(jīng)緯度編碼，同時由于各樓層相應(yīng)的教室經(jīng)緯度相同，在編碼后增加一位表示樓層。服務(wù)器在計算最佳教室時，首先從數(shù)據(jù)庫中篩選出符合客戶要求的可用教室，再用Geohash算法查詢出附近的可用教室，最后對查詢出的附近教室進(jìn)行距離計算得出離使用者最近的教室，對于相同經(jīng)緯度的情況樓層低的教室優(yōu)先推薦。距離計算算法與Geohash算法相結(jié)合的算法避免單獨使用距離計算算法時對每個教室進(jìn)行測距的大量數(shù)據(jù)處理，同時精度比單獨使用Geohash算法要高。
[0047]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種高校教室感知管理裝置，其特征在于，包括單片機(jī)控制模塊(1)，云端服務(wù)器(2)，移動客戶端(3)，顯示模塊(4)，光檢測傳感器(5)，紅外感應(yīng)傳感器(6)，繼電器(7)、(9 )以及溫度傳感器(8 )，光檢測傳感器(5 )和溫度傳感器(8 )安裝在教室的中間位置，紅外感應(yīng)傳感器(6)安裝在門框上，繼電器(7)、(9)分別與燈光電路和電風(fēng)扇電路相連，單片機(jī)控制模塊(I)和顯示模塊(4)安裝在門口的墻壁上，光檢測傳感器(5 )、紅外感應(yīng)傳感器(6 )和溫度傳感器(8 )與單片機(jī)控制模塊(I)相連，通過繼電器(7 )、( 9 )控制燈光電路、電風(fēng)扇電路的開啟或關(guān)閉，通過控制燈光和電風(fēng)扇電路的通斷達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，單片機(jī)控制模塊(I)與云端服務(wù)器(2 )相連，云端服務(wù)器(2 )與移動客戶端(3 )無線連接，交互數(shù)據(jù)，并提供查詢服務(wù)接口，學(xué)生們可以通過移動客戶端(3)或者教室門口的顯示模塊(4) 了解教室的情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校教室感知管理裝置，其特征在于:單片機(jī)控制模塊(I)中的單片機(jī)為51單片機(jī)中的nRF24El單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校教室感知管理裝置，其特征在于:光檢測傳感器(5)使用光敏電阻串聯(lián)電位器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校教室感知管理裝置，其特征在于:紅外感應(yīng)傳感器(6)使用兩對紅外收發(fā)管E3F-5DN1-5L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校教室感知管理裝置，其特征在于:控制燈光電路與電風(fēng)扇電路開啟或關(guān)閉的繼電器(7)、(9)的是單相固態(tài)繼電器SSR-40LA,繼電器輸入與輸出之間米用光電I禹合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校教室感知管理裝置，其特征在于:對室溫進(jìn)行實時監(jiān)測的溫度傳感器(8)為DS18B20溫度傳感器。
【文檔編號】G06Q50/20GK203552305SQ201320714086
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】錢超 申請人:南京郵電大學(xué)