基于物联网的智能学生宿舍系统设计：硬件与软件实现方案详解

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文章来源：计算机应用论文

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基于物联网的智能学生宿舍系统设计

目录

1 系统总体规划

2 智能宿舍系统硬件设计

(1)访问控制节点

(2)照明及插座控制节点

(3)窗帘电机控制节点

3 智能宿舍系统软件设计

4结论

文本

关键词：电子技术论文发表、嵌入式、物联网、ZigBee、智能学生

宿舍、智能家居

物联网是在现代计算机互联网的基础上，采用RFID、无线数据通信

信息技术构建覆盖万物的网络世界。在这个网络中，您可以

万物都被智能管理和交互[1]。如今，智能家居的概念不断深化

很多家用电器都实现了智能控制，但真正实现这种物联网技术的却很少。

该技术应用于大学生宿舍。然而，学校宿舍用电、财产安全一直是社会问题。

将会成为人们关注的焦点，因此我们设计了一种基于物联网的智能控制系统来控制学生宿舍。

对管理房子具有现实意义。

1 系统总体规划

本系统基于ARM嵌入式系统，采用无线传感器技术、RFID

以及信号处理和通信技术实现系统的总体架构。该系统将实现宿舍

对门禁、照明、采光、电源插座进行远程控制和管理，利用RFID

人员进出记录。

智能宿舍系统按照功能结构可分为应用层、网络层和感知层。领带

系统应用层的具体对象包括Android应用程序及其服务器相关程序。

在系统的网络层中，服务器是建立外网通信的核心部分，宿舍网关是

建立内部通信连接是数据传输的核心部分。在tiny6410开发板上扩展

ZigBee模块作为宿舍网关，负责宿舍内网与外网的连接和数据传输。

数据转换。系统感知层采用ZigBee短距离无线传输协议构建宿舍。

内部通信网络，ZigBee终端节点扩展不同的模块来实现不同的功能。智慧

能源宿舍系统总体架构如图1所示。

2 智能宿舍系统硬件设计

智能宿舍系统的硬件主要是宿舍网关（嵌入式Linux网关）、ZigBee

自组织网络中每个内部网络节点的设计。基于嵌入式的智能宿舍网关设计

在Linux系统上，与服务器建立TCP连接，实现网络通信，与服务器进行通信

ZigBee协调器建立串行数据通信连接，ZigBee协调器建立内网

网络并实现相互通信连接，从而实现网络管理和控制。

智能宿舍网关设计采用Tiny6410嵌入式开发板[3]，配备

1个网络接口和4个串行通信接口可以简化硬件设计。植入移植物

安装完Linux系统后，只需在系统上运行即可建立网络和串口通信连接。

应用。

ZigBee节点的硬件设计采用TI公司的CC2530F256芯片。

ZigBee 射频 (RF) 前端、存储器和微控制器集成在芯片上。 [2]

图1 智慧宿舍系统总体架构

嵌入式Linux网关设计

Linux内核支持DM9000驱动和串行通信接口驱动，

TCP/IP协议有很好的支持，更容易设计网络通信程序。作为智能宿舍

内部网关需要处理来自服务器的控制命令数据，并通过串口通信进行解析

消息传递给ZigBee协调器，实现网络数据的采集和传输，以及系统集成

本体结构如图2所示。

图2 嵌入式系统结构图

ZigBee节点的设计

在宿舍环境中，各种功能设备的通信基于ZigBee无线网络。智慧之间

宿舍规模，即网络传输的数据量不大，节点较多等，宿舍

内部网络结构选择星型结构。实际环境搭建的网络结构是必要的

硬件设备按照结构可以分为协调器和终端节点。

ZigBee 协调器

ZigBee网络具有自组织的特点。 ZigBee协调器主要构成整个

ZigBee网络实现内部网络之间的数据传输并与嵌入式智能宿舍通信

网关建立通信连接，上传数据、下发指令。

终端节点

在学生宿舍环境中，安全问题至关重要。那么端节点的功能

该设计包括RFID门禁系统、照明和插座控制节点以及窗帘电机控制节点。

等待。

(1)访问控制节点。 RFID门禁系统采用RC522高频射频识别模块

块，可快速准确读取常见类型的学生校园卡。它是通过驱动电路来实现的。

现在是阀门控制。由于该RFID门禁系统是通过ZigBee终端节点进行控制的，

通过无线传感器网络技术，可以轻松实现对Android手机的远程控制。

当您需要远程开门时，点击Android系统上的开门按钮即可通过互联网开门。

和ZigBee网络将数据传输到门禁系统的节点，门阀通过该节点

控制开门。同时，这套门禁系统还可以通过网络进行远程管理。

锁定某个RFID卡号，使用锁定按钮禁用RFID射频识别；这是必需的

如需恢复，请按解锁按钮进行恢复。

图3 访问控制节点示意图

(2)照明及插座控制节点。与门禁节点的原理类似，灯和插座都是

CC2530单片机通过驱动电路控制继电器，从而实现对灯具的控制。

和电气设备的控制。当接收到网络传输的命令数据时，ZigBee终端部分

点击执行相应的控制指令即可实现灯光或电器设备的开关控制，然后

实现学生宿舍用电设备的管理和控制，实行用电非接触方式

部件的控制保证了用电的安全可靠。

(3)窗帘电机控制节点。窗帘控制是通过CC2530微控制器

步进电机驱动模块驱动步进电机，原理与门禁节点类似。什么时候

终端节点接收相关控制指令并驱动电机实现窗帘的开闭控制。

控制，在这里您可以根据自己的需要控制窗帘的打开和关闭，保证房间的合理化。

采光控制。

3 智能宿舍系统软件设计

服务器编程

服务器程序建立在具有固定IP的服务器上。其主要功能是构建

建立Android移动客户端与嵌入式系统之间TCP连接的线程间管理和通信。

信。嵌入式Linux系统与服务器建立TCP连接后，服务创建相应的线程

为了与其通信，当Android手机客户端建立连接时，服务器会创建另一条线

进程与之通信，服务器传输两者之间的通信数据，实现两条客户端线路

进程通信。

安卓应用程序设计

Android应用程序是用户远程访问和控制宿舍的客户端。应用程序设置

该设计对应ZigBee节点，分为门禁按钮和灯光开关按钮。

按钮、插座打开和关闭按钮以及窗帘打开和关闭按钮。当应用程序首次安装并登录时，

它将与手机号码绑定，以提高系统的安全性。登录后，与服务器建立TCP

连接、按钮动作都会向服务器发送相应的控制指令，达到控制目的。

4 结论

本文设计的系统实现了学生宿舍的智能化管理和控制功能，总体结构

结构清晰，节点安装方便。节点的功能可以根据实际需要进行扩展，适合

用于不同的环境。该技术完美结合了Web技术、嵌入式技术和ZigBee技术

该组合在学生宿舍具有良好的应用和推广前景。

参考：

[1] Luigi A、Antonio I、Giacomo 物联网：A

调查[J].计算机网络，2010：784-2805

[2]德克萨斯州真正的 IEEE 和 ZigBee 片上系统解决方案

应用[EB/OL]

[3]友善的Arm.Tiny6410开发板[EB/OL]

作者简介：华旺东()，男，湖北武汉人，本科，研究方向：物联网；

张世珍（），男，湖北十堰人，江汉大学研究生院，研究生，研究员

向：系统工程；王松（），男，湖北武汉人，本科学历。

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