一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统

1.本实用新型涉及一种教室管理系统，特别是一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统。


背景技术：

2.现有技术不适合低成本的智能教室管理，也不适用于高校开放教室的管理条件，包括已公开的实用新型专利《智能教室管理系统》，专利号为cn201922169473.5，介绍了一种采用摄像头进行图像识别来开启室内照明开关和判断座位占有率的管理装置，该系统需要总控器进行人像识别并通过算法分析和计算，对总控器的处理速度和图像精度要求较高，也不适合低成本的智能教室管理，特别是用于人像识的现有产品，动辄十数万上百万的单价；还有就是已公开的现有实用新型专利《一种物联网智能教室管理系统》，专利号cn201820866414.6，介绍了一种智能教室监控和多教室管理系统，可以实现多个教室的监控、门锁、烟雾报警和电源控制等功能，这种管理方式不适合高校开放教室的管理。
3.由于高校教室都是开放管理，照明节能和学生考勤往往是智能教室最亟待解决的问题，现有的技术智能教室管理系统没能将这两个最重要的要素考虑进来。对于高校教室经常因为学生离开教室时或自然光线较强时忘记关闭教室灯，造成了资源的严重浪费；常用的指纹考勤需要在进入教室时专门输入指纹，学生往往容易遗忘，出入统计也不方便，不能真正实时反应教室的人数。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于：提出了一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统，适用于高校教室的开放管理。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统，包括用于人数检测单元和照明灯控单元，所述人数检测单元包括单片机一，和与单片机一连接的按键模块一、时钟模块、点阵显示模块和红外感应模块；所述照明灯控单元包括单片机二，和与单片机二连接的人体感应模块和照明模块；所述单片机一与单片机二之间通讯连接，并设置有供电单元为人数检测单元和照明灯控单元供电。
7.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述红外感应模块包括与单片机一连接的第一红外传感器s3和第二红外传感器s4。
8.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述人体感应模块包括连接单片机二的红外热释电传感器。
9.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述照明模块至少包括高亮led驱动部分或交流电控部分；所述高亮led驱动部分包括第一三极管q1，所述第一三极管q1的基极连接单片机二，所述第一三极管q1的发射极连接供电单元，集电极连接第一照明灯led2；所述交流电控部分包括继电器和基极连接单片机二的第二三极管q2，第二三极管
q2的发射极连接供电单元，集电极连接继电器的电池线圈。
10.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述人数检测单元还包括蜂鸣驱动模块一，所述蜂鸣驱动模块一包括蜂鸣器和基极连接单片机一的第三三极管q3，所述第三三极管q3的发射极连接供电单元，集电极连接蜂鸣器。
11.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述单片机一选用型号stc8f2k16s2，且单片机一的电源输入引脚vcc与接地引脚 gnd之间串接有瓷片电容c1。
12.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：还包括具有 oled显示屏和单片机三的显示终端单元，所述显示终端单元由供电单元供电，所述单片机三与单片机一、单片机二之间通讯连接，所述 oled显示屏连接单片机三。
13.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述显示终端单元还包括连接单片机三的按键模块二。
14.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述通讯连接为无线通讯连接。
15.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述无线通讯连接基于nrf24l01芯片进行无线数据通讯。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.本实用新型提供的一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统，适用于高校教室的开放管理。
18.能够自动进行考勤统计和照明节能控制。可以在学生离开教室而忘记关闭教室灯时自动关闭教室灯，避免造成了资源的严重浪费，实现节能目的。并能够自动统计出入教室的人数，并由此实现学生的人数考勤统计，并通过点阵显示模块进行展示人数统计结果。
19.其中用于照明的教室灯的控制还可以进行自动或手动模式切换，由此进行教室灯手动开关。
附图说明
20.图1为本实用新型的基于无线通讯技术的智能教室管理系统结构框图；
21.图2为本实用新型的人数检测单元结构框图；
22.图3为本实用新型的照明灯控单元结构框图；
23.图4为本实用新型的显示终端单元结构框图；
24.图5为本实用新型的单片机一设置图；
25.图6为本实用新型的按键模块一结构图；
26.图7为本实用新型的时钟模块结构图；
27.图8为本实用新型的红外感应模块结构图；
28.图9为本实用新型的人数检测单元的nrf24l01芯片设置图；
29.图10为本实用新型的蜂鸣驱动模块一结构图；
30.图11为本实用新型的点阵显示模块结构图；
31.图12为本实用新型的电源模块一设置图；
32.图13为本实用新型的单片机二设置图；
33.图14为本实用新型的人体感应模块结构图；
34.图15为本实用新型的交流电控部分的nrf24l01芯片设置图；
35.图16为本实用新型的高亮led驱动部分结构图；
36.图17为本实用新型的交流电控部分结构图；
37.图18为本实用新型的电源模块二设置图；
38.图19为本实用新型的开机锁定模块结构图；
39.图20为本实用新型的oled显示屏设置图；
40.图21为本实用新型的电源模块三设置图。
具体实施方式
41.下面结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.参阅图1-21，一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统，包括用于人数检测单元和照明灯控单元；其中人数检测单元用于检测进出教室人数和教室总人数，照明灯控单元用于控制教室的照明，用于自动或手动开关教室灯。并进一步地设置显示终端单元，通过展示教室人数情况和教室灯开关情况等信息。
43.如图1，一种基于无线通讯技术的智能教室管理系统，包括用于人数检测单元和照明灯控单元，其中人数检测单元见图2，所述人数检测单元包括单片机一，和与单片机一连接的按键模块一、时钟模块、点阵显示模块和红外感应模块；其中照明灯控单元见图3，所述照明灯控单元包括单片机二，和与单片机二连接的人体感应模块和照明模块；所述单片机一与单片机二之间通讯连接，并设置有供电单元为人数检测单元和照明灯控单元供电。
44.本基于无线通讯技术的智能教室管理系统，适用于高校教室的开放管理。通过单片机承载设计逻辑，用于控制整个系统运行，保障功能实现。其中单片机一与单片机二之间的通讯连接为无线通讯连接，所述无线通讯连接基于nrf24l01芯片进行无线数据通讯。分别在人数检测单元和照明灯控单元中设置一个nrf24l01芯片，使得单片机一与单片机二之间能够通过单片机一与单片机二模拟spi通讯协议，通过nrf24l01芯片进行收发数据。
45.其中nrf24l01芯片在人数检测单元中的设置方式如图9，由于 nrf24l01芯片的需求电源是3.3v的，而单片机系统是5v的，所以用一个ams1117的3.3v稳压器，将5v转换为3.3v给nrf24l01芯片使用。图中10uf电容是起到滤波作用增加工作电压的稳定性。芯片属于spi通讯协议，利用单片机io端口模拟spi通讯协议进行收发数据。
46.其中单片机一的设置如图5，单片机一的型号为stc8f2k16s2，单片机一内部集成了特调节晶振参数功能，所以无需接外置晶振电路。只要接通工作电源就可以搭建出单片机最小系统电路，非常方便也降低硬件成本。工作电压接入瓷片电容c1，接入方式是单片机一的电源输入引脚vcc与接地引脚gnd之间串接瓷片电容c1，104瓷片电容可以起到滤波高频杂波信号的作用，增加单片机电路的抗干扰能力。如图13，单片机二型号为stc8f1k08s2，单片机二内部集成了特调节晶振参数功能，所以无需接外置晶振电路，只要接通工作电源就可以搭建出单片就最小系统电路，非常方便也降低硬件成本。它属于16 脚单片机，io端口较少，特别适用于小型单片机系统电路控制。
47.其中，按键模块一用于设置系统工作参数，如图6，包括key1、 key2、key3和key4四个按键，分别连接单片机一的p20、p21、p22 和p23端口，可以设置控制系统当key1按下后，
内部接通p20接到地从而检测为低电平。当key1松开后，单片机p20悬空，由于单片机io端口悬空时默认为高电平，所以检测为高电平。根据检测高低电平的不同可以判断按键是否有按下操作，其他按键也是一样的检测原理，只是按键不同执行程序内容不一样。
48.其中，时钟模块如图7所示，所示时钟模块给人数检测单元提供时钟信号，核心器件是ds1302时钟芯片，32.768k晶振是给时钟芯片提供走时时钟信号。3.3v是纽扣电池，属于备用电池。即使系统 +5v断电了，但是这个纽扣电池还是会一直让ds1302工作。使系统时间走时掉电不丢失，还能继续正常走时。通讯接口分别接到单片机 p32、p33和p34端口。10k是上拉电阻保证时钟芯片与单片机之间通讯的稳定性。本模块和本实用新型的基于无线通讯技术的智能教室管理系统的模块和所有元器件的供电均由供电单元供给。
49.其中，红外感应模块如图8，红外感应模块包括与单片机一连接的第一红外传感器s3和第二红外传感器s4。该第一红外传感器s3 和第二红外传感器s4可以选用基恩士品牌的漫反射型红外传感器也可采用对射型红外传感器。所示第一红外传感器s3和第二红外传感器s4分别接到单片机一的p36和p37，一个安装到门框外，一个安装到门框内。如果学生进教室，检测逻辑是先s3检测到学生，后s4 检测到。如果学生出教室，检测逻辑是先s4检测到，后s3检测到。由此可判断学生总人数，配合时钟模块后，可用于判断学生才是到教室的时间，出教室时间，由此可判断出迟到人数、早退人数等考勤记录。
50.其中，点阵显示模块如图11所示，点阵显示模块用于显示系统时间信息和显示教室内学生人数信息。利用一个16*64点阵屏模组为核心模块，abcd为数据显示控制端接到单片机一的p00到pp03，r1 是红色点阵控制端接到p04，由于点阵屏是单红色的，所以r2绿色点阵控制端和g1、g2绿色点阵控制端不需要接。e为点阵锁存引脚接到单片机一的p05，rck和clk为时钟数据控制端口分别接到p06 和p07。
51.如图2，所示人数检测单元进一步设置了蜂鸣驱动模块一，参照图10，所述蜂鸣驱动模块一包括蜂鸣器和基极连接单片机一的第三三极管q3，所述第三三极管q3的发射极连接供电单元，集电极连接蜂鸣器。并进一步地，采用三极管驱动的方式，当单片机一p3.5输出低电平时，第三三极管q3型号为s8550的三极管导通，其ce极之间处于饱和状态，视为一根导线，有源蜂鸣器得电会响；当单片机一 p3.5输出为高电平时，三极管截止，三极管ce极之间处于截止状态，视为开路，有源蜂鸣器就不响。通过这样的控制方式，可使本蜂鸣驱动模块一用于系统提示音。
52.所述照明灯控单元用于控制教室的照明，用于自动或手动开关教室灯。其中单片机二的设置方式参照图13，单片机二用于设置照明的控制逻辑，主动或被动执行用于照明的教室灯的开关。其中人体感应模块用于教室内的人体判断，配合人数检测单元进行教室内人体有无判断以控制教室灯。其中照明模块用于根据判断执行单片机二的指令，实现教室灯的开关。
53.其中，所述人体感应模块如图14，所述人体感应模块包括连接单片机二的红外热释电传感器s6。红外热释电传感器s6为人体红外传感器，当感应到有人时输出高电平，led4被点亮，该led4起指示作用，用于展示对教室内有无人体的检测结果，比如有人时led4被点亮，r5是470欧的限流电阻，防止电流过大烧坏led灯。图中设置的三极管s8050导通，p37口接地检测为低电平，当感应不到人时，人体红外会延迟一小段时间输出低电平，图中设置的三极管s8050截止，单片机p37悬空检测为高电平，单片机通过检测p37口高低电平的状态就
可以判断是否有人。
54.其中，所述照明模块对教室灯的控制包括两组设置方式，其中一种是照明模块集成自身模块内，通过高亮led2作为教室灯照明，另一种是对继电器进行控制，并根据需要单独另设教室灯的照明电路，通过继电器控制教室灯的照明电路的通断。
55.设置的时候，所述照明模块至少包括高亮led驱动部分(照明模块集成自身模块内)或交流电控部分(对继电器进行控制)这两部分的一种。
56.如图16，所述高亮led驱动部分包括第一三极管q1，所述第一三极管q1的基极连接单片机二，所述第一三极管q1的发射极连接供电单元，集电极连接第一照明灯led2；图中，第一三极管q1为三极管s8550，利用三极管s8550驱动7135恒流芯片，当单片机二p17 输出低电平时，三极管s8550导通，7135芯片得电，高亮led2点亮，由于高亮led2工作电压是3.7v，而单片机二系统电压是5v不能直接连。如果用限流电阻来降压，会导致电阻发热，这是因为高亮led 灯功率较大。而且电阻发热的温度变化，会导致驱动电流不是恒定的，容易导致led灯发光亮度也不是恒定的。为了解决这一问题采用7135 芯片，这个芯片可以恒定维持驱动电流，不会因为温度变化而导致驱动电流的不稳定。
57.如图17所示，所述交流电控部分包括继电器k1和基极连接单片机二的第二三极管q2，第二三极管q2的发射极连接供电单元，集电极连接继电器的电池线圈。图中，通过继电器来控制220v交流电的通断。当单片机二p36输出低电平时，作为指示灯的led5点亮，表示继电器处于线圈带电的工作状态，其中第二三极管q2(三极管 s8550)导通继电器吸合，那么继电器k1的接线端1和2两端被接通，端口s7如果接上灯具负载得到220v交流电就会被点亮工作。当p36 输出高电平，三极管s8550截止继电器断电，继电器k1的接线端1 和2两端断开，灯具负载就不工作。
58.如图15是nrf24l01芯片连接单片机二的设置示意图，所示 nrf24l01芯片接到单片机二p30到p35端口。其中nrf24l01芯片的 ams1117作为3.3v稳压器。
59.参考图1，进一步地本基于无线通讯技术的智能教室管理系统还包括具有oled显示屏和单片机三的显示终端单元，所述显示终端单元由供电单元供电，如图4，所述单片机三与单片机一、单片机二之间通讯连接，其中所述通讯连接同样为无线通讯连接，所述无线通讯连接基于nrf24l01芯片进行无线数据通讯，设置一个nrf24l01芯片连接单片机三。所述oled显示屏连接单片机三。结构如图20所示， oled显示屏用于显示人数检测单元发送过来的时间信息和人数信息等等，图中1、2脚接工作电源，3和4脚是iic通讯接口分别接到单片机三的p37和p36，利用单片机端口模拟iic通讯协议，来控制 oled屏的显示。
60.进一步地，所述显示终端单元还包括连接单片机三的按键模块二。通过对显示终端单元进行参数设定或者对照明灯控单元的教室灯进行开关控制。
61.如图19所示，为显示终端单元进一步设置了开机锁定模块，图 19是开机锁定模块的电路结构图。图中，当key1按下后，d2二极管导通，pmos管就导通，vin和7.4v位置就导通。相当于供电单元的供电，如果key1松开那么pmos管就截止，相当于供电单元对显示终端单元断电，不过这样不能进行锁定，这就需要单片机p17端口参与进来。如果key1按下时，pmos管导通系统工作。那么单片机就正常工作了，如果单片机写程序让p17口输出一个高电平，三极管s8050 导通，使得pmos管下面始终为低电平，如果这个时候key1松开了也不影响pmos下面一直为低电平。这样pmos管一直导通，系统就一直有点状态。这样就可以通过按键
key1与单片机结合起来控制开关机的好处在于开关机更加灵活方便。比如可以实现长按key1进行开机，短按key1进行设置系统参数，关机可以做到长按关机和系统定时关机，这样即使使用者使用完成忘记断开电源了，也会做到定时关机，以保护电池不被过度放电而损坏。
62.参照照明灯控单元的设置，可以同样为显示终端单元设置蜂鸣驱动模块二、按键模块二。
63.所述供电单元可以直接外购具有220v交流变压5v直流、3.3v 直接的外设电源。同时也可以自设供电单元。所述供电单元具有多个模块，包括如图12所示向人数检测单元供电的电源模块一，如图18 所示向照明灯控单元供电的电源模块二，和如图21所示向显示终端单元供电的电源模块三。所述电源模块一、电源模块二和电源模块三的主电源可以外购现有市贩产品。
64.综上所述，基于无线通讯技术的智能教室管理系统，包括用于人数检测单元和照明灯控单元，并可以进一步设置显示终端单元。通过数检测单元监测教室人数，并通过照明灯控单元进一步判断教室有无人体，并对教室灯进行开关控制。其中人数检测单元具有教室人数情况的展示的点阵显示模块。并可以将人数检测单元监测的人数情况和照明灯控单元控制的教室灯开关情况反映到显示终端单元，并以逻辑设置的方式通过显示终端单元控制教室灯的开关。在单片机一设定课表的时间关系后，可以判断教室的迟到、早退人数、应到总人数和实到总人数等数据，并反馈到显示终端单元以通过oled显示屏展示。
65.本实用新型的基于无线通讯技术的智能教室管理系统实用程度高，成本低。适合推广应用。
66.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。