基于物联网智慧校园系统

基于物联网的智慧校园管理系统刘仕乾张家铭

曲阜师范大学 JSJ3团队

摘要:开发了一种基于物联网的智慧校园管理系统，包括信息采集、数据库管理和网站查询三个模块。信息采集部分采用具有强大内核和丰富外设资源的EasyARM1138开发板，利用串口通信技术将外接于开发板的各种传感设备采集的实时动态信息存储于数据库中。网站建设部分采用了“Apache+MySQL+PHP”的模式，充分体现了这一黄金组合的优势。系统管理员、教师和学生可以用不同的身份登陆网站进行查询与管理。系统不仅可以查询

学校教室、设备等资源的使用状况，提高资源的利用率，还可以进行宿舍防火防盗监控，

保证宿舍的安全。

关键词：物联网，智慧校园，教室管理系统，宿舍防火防盗系统

Abstract：The essay presented the management system of smart campus based on internet of things, which include three modules: information collection, database management and website is collected through various sensors which is connected with development board using serial

communication.The information is stored in database. The website module uses thegolden combination pattern of “Apache+MySQL+PHP”. Theadministrator, teachers and students can login the website bydifferent user identity to query or manage the system. The ofclassrooms and devices of campus can be queried by the system,thusresources' utilization ratio is improved. The dormitoryfireproofing and security is implemented which can greatly improvethe security of dormitories.

Keywords: internet of things, smart campus, the management system of classroom, dormitory

fireproofing and security system

目 录

1物联网....................................................................12 系统开发的必要性..........................................................23 智慧校园管理系统的整体实现................................................24信息的采集................................................................4 4.1教室信息采集层.........................................................5 4.2 宿舍防火、防盗信息采集层...............................................65数据库....................................................................76网站设计.................................................................10 6.1网站的整体设计........................................................11 6.2网站各个模块设计......................................................117结束语...................................................................13
8参考文献.................................................................14

1物联网

1999年，MITAuto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时首次提出物联网（Internetof Things）的概念，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域，给IT和通信带来了广阔的新市场。2005年国际电信联盟（ITU）正式提出了物联网的概念，即：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。

物联网的实现主要分为三个层次（如图1 所示）：第一是传感系统（感知层），通过 联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网，目的是对采集来的信息进行可靠传输和 各种技术手段，来实现和物质相关的信息识别和采集；第二是通信网络层，包括现在的互 处理； 第三是应用和业务（应用层），即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电 脑等终端进行。

图1物联网三层架构图

中国当前发展物联网的时机已成熟，2010 年3 月5 日，总理在工作报告中 指出，要“积极推进新能源汽车、‘三网’融合取得实质性进展，加快物联网的研发应用。 加大对战略性新兴产业的投入和支持”，这是物联网首次被写进工作报告，并被

列为国家五大新兴战略性产业之一。

目前物联网示范应用的方向之一就是与校园管理活动的融合，用于促进智慧校园、数字化校园的建设工作。大学是物联网应用最早、最为广泛的地方之一，小范围试点必将为今后物联网产业的发展打下坚实的基础。

2系统开发的必要性

随着高校扩招的加速，学生人数的增加与教室等高校现有固定资源的紧缺之间的矛盾日益突显。学生常常肩背沉重的书包，游走于教学楼之间，寻找自习教室，刚拿出书本不久，成群的学生涌入教室，跟着进来的是教授……上课时间一到，学生只有两种无奈的选择：忍受“市井喧闹”坚守阵地，或者一走了之。

现有的教室资源都是人工管理的，在开学之初固定的安排好教室作为上课之用，学期中间如有变动或临时使用，改动十分困难，而学生为了自习的需要，无法方便灵活的查找

互联网技术与移动通信网络的不断深入发展以及计算机相关硬件设备的快速普及，促 到教室资源的使用情况，效率很低。 使了新一代网络技术——物联网的形成与发展，这将促进新一代智能数字校园的研究与建 情况、设备状态、人数等进行采集，并对采集的数据进行分析处理，把结果输出到计算机

和手机等终端上，让教师或学生能随时随地地查阅教室的使用情况，为工作和学习创造方便快捷有利的条件，提高了教室使用的效率。

3智慧校园管理系统的整体实现

随着现代高校教学活动节奏的加快，效率已经成为首要考虑因素，基于物联网的教室管理系统必将成为学校管理员、教师以及同学们不可缺少的一套必备工具，为此，本小组选择了这一课题进行研究设计，并初见成效。本智慧校园管理系统针对现实中存在的各种问题，设计了相应的解决功能，如表1所示。

本小组开发的这套基于物联网的智慧校园管理系统，包括信息采集、数据库管理和网站查询三个模块。信息采集部分采用EasyARM1138开发板，利用串口通信技术将外接于 开发板的各种传感设备采集的实时动态信息存储于数据库中。网站的建设部分采用了黄金组合“Apache+MySQL+PHP”，在小型网站中充分体现了其体积小、速度快、总体成本低

表1系统可以解决的现实问题

现实问题	相应功能设计
会议、讲座、社团等活动申请教室流程复杂、耗时、效率低	查询空教室及教室预定的功能
教室管理员管理教室的使用及检查工作繁复，效率很低	教室管理员网上管理教室的功能，查看教室设施使用状况，根据教室温度决定适时调整控温设施等
同学自习一座难求，找座耗时耗力，影响心情，影响学习，十分不便，不知该教室是否安静，适合学习	辅助找座（系统实时分析教室当前使用情况）的功能
宿舍学生集体外出，大型贵重物品无法携带，宿舍安全保障欠缺	宿舍防盗功能的设计（在宿舍无人时， 若有非法人员进入，系统自动报警）
宿舍是人员的聚集地，火灾隐患严重淘	若有易燃烟雾则系统自动报警网 宿舍防火系统能及时对易燃烟雾辨别，

完全相同功能的手机端服务，用户可以利用手机Wap上网进入该系统，手动输入网址，

然后将该网址保存为标签，方便以后的访问，从而实现了随时随地查询教室使用情况的

目的。

本系统包括模拟现实、数据库和网站三个部分，其整体系统结构如图2所示。

模拟现实部分

数据库

网站部分

图2系统整体结构

该系统不仅可以查询学校教室、设备等资源的使用状况，提高资源的利用率，还可以

进行宿舍防火防盗的监控，保证宿舍的安全，图3所示为该系统整体工作的示意图。

图3系统整体工作示意图

本系统信息采集层采用EasyARM1138（如图4 所示）作为核心开发器件。 4 信息的采集 LM3S1138。 丰富的外设资源。

图4 EasyARM1138开发板
该系统信息采集层采用EasyARM1138开发板的外设接口来连接传感器，并使用MCU进行模数转化，处理后的信息通过串口通信线传输到数据库，完成信息采集。

4.1教室信息采集层

教室信息采集采用避障传感器、DHT11数字温湿度传感器、DS18B20温度传感器、P722-5R光敏电阻器等传感器件，经处理得到的部分信息通过LCD液晶显示屏显示在教室入口处，并通过串口通信线实现上位机与下位机双向通信。教室模拟如图5所示。

（1）人员进出教室的情况及人数记录

师生进入宿舍判断说明：当人在室外时，A 点避障传感器检测有人，当人走进室内，B 点避障传感器再次检测到有人的时候，说明有人进入教室（如图6 所示）。同理，当人外

出的时候，B点、A点传感器先后检测有人通过，则说明有人外出。

	RS		PB0
			PB1
	RW		PB2
	EN		EasyARM
	128
			1138 PB3
	液晶	PSB
	RST		PB4
	VDD		5V
图6 教室人数统计模拟图 图7 液晶开发板连接 （2）液晶显示模块设计 显示模块采用带中文字库的128* 液晶屏，该模块接口方式灵活，操作指令简单、

方便，可形成良好的人机交互界面。该显示屏放在教室门口显示教室内温度、湿度、剩余

座位等信息供学生查看。（液晶屏与开发板的连接如图7所示。）

（3）温度、湿度及光强的采集

温度采集采用DS18B20传感模块，其具有体积小，精度高，抗干扰力强，附加功能强等特点，检测精度可达±0.5摄氏度，检测温度范围为–55°C~+125°C (–67°F ~+257°F)，内置EEPROM，具有限温报警功能。

湿度采集采用DHT11数字温湿度传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保该产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

光强采集采用P722-5R光敏电阻器，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）的变化线性变化。

(4)其他模拟部分及电源供电

加热部分采用本小组自制的加热器，LED 灯模拟教室电灯。小型风扇模拟教室风扇，并与模拟加热器共同组成了教室温控装置。开关控制环节采用了继电器、二极管和三级管等器件。采用9V 电池供电，将9V 电池通过7805 降压、稳压后给EasyARM1138 开发板 4.2 宿舍防火、防盗信息采集层系统和其他器件供电。

宿舍端的信息采集使用了MQ-2气体传感器、DYP-ME003人体感应传感器等器件采集信息，通过串口通信线将采集到的信息传输到数据库供管理员和学生查询。宿舍端模拟图如图8所示。

图8 宿舍防火、防盗系统模拟图

(1)烟雾检测、人体检测与声光报警

烟雾检测采用MQ-2气体传感器，此传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。当传感器所处环境中存在烟雾时，传感器的电导率随烟雾浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。开发板检测到信息后，进行声光报警操作。

人体检测采用DYP-ME003人体感应模块，此感应模块是基于红外线技术的自动控制产品,灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，感应距离为7米以内（可调）、感应角度<100度锥角。当人体处于其可检测范围内，则向开发板发送高电平信息，开发板检测到高电平信息后，进行声光报警操作。

当有人通过非法渠道进入室内，将发生声光报警，报警信息传送给控制端。宿舍管理员将采取相应处理措施。

(2) 宿舍人员的进出情况、人数记录及温度、湿度监控 (3) 宿舍锁门提示 该部分同教室信息采集层相同。

5数据库

数据库是服务器端的核心，数据库设计的合理与否对系统的制作有着至关重要的影响。系统的一大基本功能就是检索，主要包括用户信息检索、教师课表检索、教室课表检索、空闲教室检索、设备状况检索等。

本系统使用MySQL数据库，与Apache服务器和PHP语言形成黄金组合，在该作品网站建设中充分体现了其体积小、速度快、总体成本低，尤其是开放源码这一特点。

得到用户最终满将采集到的信息存放在数据库中，对数据进行处理并用于查询，
意的结果。数据库的详细设计如图9所示，MySQL数据库主要表的设计如图10所示。

数据库

用

教

教

预

宿

户	室	室	订	舍
信	状	课	教	安
息	态	程	室	全
表	表	表	表	状

态

用		表
管	户
理	收	教	设
员	发	师	备
信	消	课	状
息息程 态 表 表 图9 数据库设计图

（a）用户信息表

（b）设备状态表

（d）课程表

（e）预定教室信息表

图10数据库主要表的设计

6网站设计

网页主要采用PHP语言编写，与Apache服务器紧密结合。适当地采用Dreamweaver

的页面风格表现了它的广泛的使用范围，稳定的系统凸显了网站的实用性，严谨的内部设 和JavaScript 进行页面特效的编写，使网页富有动感、朝气蓬勃，吸引用户的眼光，简约 计，增加了网站的安全性和可靠性（图11 为网站首页）。

图11 网站首页

6.1网站的整体设计

该系统拥有良好的人机交互功能，当用户输入正确的用户名和密码，点击登录按

钮时，系统会根据用户已注册的信息进入到不同权限的界面。

查询网站部分的整体设计如图12所示。

前台首页

教师端 学生端

基 课 信 教 关 联基自 信

本 表 息 室 于 系本修 息

课 的 的 使 我 我课室 的

表 修 收 用 们 们表查 收

查 改 发 申查询 发

询 请询

宿 教课 用 消 教

舍 室表 户 息 室

安 设修 管 处 状

全 备改 理 理 态

报 控 查

警 制 询

b网站后台结构

图12网站整体结构图

6.2网站各个模块设计

地点和授课老师，方便旁听该课程。输入教室号，可查询本教室本学期的课表。根据课表安排自己的学习作息时间。学生亦可如教师一样查询各教室的动态实时信息，从而找到最适合自己学习的地方，进而体现物联网这一主题，使用户可以在任何时间任何地点，均可以获取所要查询的实时信息。

当用户进入教师信息管理模块时，可通过该界面进行教师个人信息管理、查询课程安排和教室使用情况等操作。教师还可利用人数采集系统对已到人数和未到人数按需求作相应统计。通过该系统教师通可查询该班学生何时无课，方便临时调课安排；还可查询各教学楼的空闲教室，进行教室预约，省去了到教务处查询的麻烦，便捷迅速。图13为用户主要功能示意图

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图13用户功能

(2)管理员模块
当用户以管理员身份登录时，进入管理员功能模块界面时（如图14），管理员可对学生信息、教师信息、教室信息、设备状态等进行操作。

1)用户信息管理
管理员可对用户信息进行查询、增加、修改和删除等操作。

2)教室信息管理
通过教室信息管理模块，管理员可以实时地对教室占用情况进行全面监控，用图表设计页面表示教室的使用情况，提供给用户一个直观的视觉效果，极大地方便教师、学生及其他用户实时地了解掌握此教学楼教室的使用情况。

通过设备维护信息对教室内的风扇、电灯、多媒体等器材的运行状况进行统计，及时对运行不良的设备进行维护，这样既方便师生更好的使用教室，同时也方便管理人员快速获取室内电子器材的运行状况，并进行及时地维护有故障的设备。

图14管理员主界面

7结束语

通过两个多月的系统开发，我们实现了教室管理、宿舍防火、防盗系统的基本功能。因为时间有限，系统还需要进一步完善，使之成为一个健壮的系统。在此恳请各位评审

老师批评指正。

8参考文献

[1] 吴功宜.智慧的物联网——感知中国和世界的技术[M].北京：机械工业出版社，2010[2] 吴建平. 传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社，2009
[3] 刘晓彤．嵌入式智能家居远程监控系统的设计与实现[M]．北京:北京交通大学．2009
[5] LM3S1138 微控制器数据手册[S].广州：广州周立功单片机发展有限公司.2008[6] （澳）威廉斯，（澳）莱恩著.PHP & MySQL Web 数据库应用开发指南(第二版)[M].南 京:东南大学出版社,2006
[7] （美）Larry Ullman著，陈宗斌译. PHP 与MySQL基础教程（第2版）[M].北京:人民 邮电出版社.2007
[8] 李志文.实例精通Dreamweaver与PHP&MySQL整合应用[M].北京:电子工业出版社，2009