一种基于中学生班级自习的多功能智能管理装置的制作方法

本实用新型属于电子及自动化控制领域，尤其涉及一种自习室智能管理装置。

背景技术：

在当今社会，教育一直是当下的热点，尤其是中学应试阶段的教育更是家长们所关心的重点。在中学校园里，除了老师上课之外，自习占据了学生们在校园内绝大多数时间，它是消化所学知识和预习新知识的黄金时间，对学生成绩的提升有着重要作用，这就使得良好的自习环境变得异常重要。现今，绝大部分的中学校园自习课均是校方统一安排老师监督管理学生自习，若老师临时有事暂时离开，这时部分同学就会存在纪律差、消极懒散等坏现象，影响班级良好自习氛围，并给其他同学带来坏的影响，而自习室智能管理系统能够很好解决以上问题。

目前，很多自习室智能管理系统的研究都是针对高校或图书馆设计的，而中学的教室与大学及图书馆的自习室存在很大不同。此外，现有的自习室自能管理装置的功能往往设计都很单一，且主要是关于人数查询及位置空缺方面的，为了给中学生们提供优良的室内环境，需要考虑到自习室内外光照、雨量和粉尘情况，这也需要一个智能化的管理。另外，中学的自习室智能管理装置应方便每一个自习任课老师的查看与管理。鉴于以上分析，有必要设计一种基于中学生班级自习的多功能智能管理装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了为了最大化提高中学生的自习效率，提供给中学生们一个良好的自习环境，方便任课自习老师的管理，本实用新型设计了一种基于中学生班级自习的多功能智能管理装置。

本实用新型的技术方案是：一种基于中学生班级自习的多功能智能管理装置，其特征在于：所述多功能智能管理装置由上位机界面、主控模块、wi-fi无线通信模块、人数统计模块、人员定位模块和智能管理模块组成；

所述人数统计模块是在教室门口安装激光传感器，记录学生进出人数，判断是否有人缺勤；

所述人员定位模块是在学生座位安装红外传感器和压力传感器，感应座位是否有人入座，判断缺勤人员位置；

所述智能管理模块是在门窗安装光敏传感器、雨量传感器和粉尘传感器来判断外界天气状况，实现照明、开关窗户智能化。

进一步的，所述人数统计模块、人员定位模块和智能管理模块的一端分别通过wi-fi无线通信模块与主控模块的一端实现相互通信，所述主控模块的另一端与上位机界面的一端通过串口通信实现连接。

进一步的，所述主控模块为单片机，所述单片机为msp430混合信号处理控制器。

进一步的，所述激光传感器还包括激光接收器和激光发射器，通过激光接收器对激光发射器所产生的脉冲信号进行检测来判断是否有无障碍物阻挡激光信号，并将信息传输给控制器检测学生进出并计数。

进一步的，所述人员定位模块包括红外传感器和压力传感器；首先，所述红外传感器对人体辐射的红外线进行探测，当人体红外线照射到红外传感器后，红外传感器随温度变化而产生电荷，再经电路放大后输出电压传送给控制器，控制器根据电压的变化判断座位是否有学生；

所述人员定位模块还加装了压力传感器，用以确认当前座位是否有人；所述压力传感器采用金属电阻应变片，其根据基体材料上的应变电阻随机械形变而产生阻值的变化，并传送给控制器，控制器可根据电阻值大小判断座位是否有学生。

进一步的，所述智能管理模块包括光敏传感器、雨量传感器及粉尘传感器。

进一步的，所述上位机界面由labview软件的图形化编辑语言编写而成，可通过手机、平板、电脑作为上位机。

本实用新型的有益效果是：1、本实用新型所设计的一种基于中学生班级自习的多功能智能管理装置考虑到了中学教室环境特点，更有利于中学生自习的监督与管理；2、采用红外传感器与压力传感器对座位人员进行两次判别，可以精准判断座位是否有人，达到教室人员准确定位的目的；3、采用光敏传感器、雨量传感器和粉尘传感器对教室光照、雨量和空气情况进行监测，可以实现自动照明和开关窗户，达到智能化管理教室的目的，为学生们提供一个良好的自习环境；4、任课自习老师可通过平板、平板、电脑接入智能管理系统，随时随地查看学生晚自习情况及教室环境，更有效地管理学生自习。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的系统软件工作流程图；

图中1是上位机界面，2是主控模块，3是wi-fi无线通信模块，4是人数统计模块，5是人员定位模块，6是智能管理模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做详细说明。

如图1所述；一种基于中学生班级自习的多功能智能管理装置，其特征在于：所述多功能智能管理装置由上位机界面1、主控模块2、wi-fi无线通信模块3、人数统计模块4、人员定位模块5和智能管理模块6组成；

所述人数统计模块4是在教室门口安装激光传感器，用以记录学生进出人数，判断是否有人缺勤；

所述人员定位模块5是在学生座位安装红外传感器和压力传感器，感应座位是否有人入座，判断缺勤人员位置；

所述智能管理模块6是在门窗安装光敏传感器、雨量传感器和粉尘传感器来判断外界天气状况，实现照明、开关窗户智能化。

进一步的，所述人数统计模块4、人员定位模块5和智能管理模块6的一端分别通过wi-fi无线通信模块3与主控模块2的一端实现相互通信，所述主控模块2的另一端与上位机界面1的一端通过串口通信连接；

用于提供实时的校园自习教室管理信息。

进一步的，所述主控模块2为单片机，所述单片机为msp430混合信号处理控制器。

进一步的，所述激光传感器还包括激光接收器和激光发射器，通过激光接收器对激光发射器所产生的脉冲信号进行检测来判断是否有无障碍物阻挡激光信号，并将信息传输给控制器检测学生进出并计数。

进一步的，所述人员定位模块5包括红外传感器和压力传感器；

所述人员定位模块5安装红外传感器和压力传感器同时工作。

首先，所述红外传感器对人体辐射的红外线进行探测，当人体红外线照射到红外传感器后，红外传感器随温度变化而产生电荷，再经电路放大后输出电压传送给控制器，控制器根据电压的变化判断座位是否有学生；

为防红外传感器误报问题，人员定位模块5加装了压力传感器，进一步确认当前座位是否有人；所述压力传感器采用金属电阻应变片，工作原理是根据基体材料上的应变电阻随机械形变而产生阻值的变化，并传送给控制器，控制器可根据电阻值大小判断座位是否有学生。

进一步的，所述智能管理模块6包括光敏传感器、雨量传感器及粉尘传感器；所述智能管理模块6通常是安装在门窗上，上述三者来判断外界天气状况，实现照明、开关窗户智能化；

所述光敏传感器采用光敏电阻，利用光敏电阻的光导效应判断当前教室内外环境亮度，并通过控制器对室内光照强度进行控制；

所述雨量传感器采用静电式，主要是利用电极间的介电常数决定，正常情况下为空气介电常数，静电面积和电极间的间隔固定不变，当有雨水时，介电系数ε发生改变，电容发生改变，主控模块2的电容变化从而判断是否有雨，进而控制窗户的开关；

所述粉尘传感器是利用光散射原理，当空气中粉尘浓度增大，散射光强度随之变大，经光电转换成光电流脉冲，依据脉冲数即测出粉尘质量浓度，再通过控制器提示粉尘情况。

进一步的，所述上位机界面1由labview软件的图形化编辑语言编写而成，可通过手机、平板、电脑作为上位机；这样任课自习老师可随时随地登录系统，查看学生晚自习情况及教室环境。

如图2所示，本实用新型的系统软件工作流程如下所述：

人数统计模块4子程序是利用激光传感器进行人数统计；首先通过主程序实现单片机初始化，通过子程序实现激光传感器的初始化；当有人经过激光传感器时，激光传感器发射的激光脉冲被阻挡，激光接收器无法接受脉冲；当激光接收器感应不到激光脉冲时，将会根据未能接受时间的长短与预设值进行比较，判断是否有人进出；当数值大于预设值时，人数变化，根据激光接收器向单片机传输的电信号，单片机判断人员进入或者离开情况实现人数的加减：当学生进来时，激光接收器1先发出电信号，激光接收器2后发出，单片机实现人数：+1；当学生离开时，则是激光接收器2先发出，激光接收器1后发出，单片机实现人数：-1；并传输到上位机界面1反映人数统计情况。

人员定位模块5子程序是利用红外传感器和压力传感器共同作用来实现人员定位；首先通过主程序实现单片机初始化，通过子程序实现红外传感器和压力传感器的初始化；当座位上有人时，红外传感器因温度变化产生电荷，可根据红外探测器的温度与电压响应曲线进行转化，采集到的电压值传回单片机在子程序转化成温度，判断座位附近是否有人；当检测到座位附近有人后，压力传感器会进行二次判断；若有人坐在板凳上时，压力传感器的阻值变大，通过压力与电压响应曲线，子程序计算当前电压下的压力值，当大于预设的压力阈值时，单片机即可完成座位有人的判断，并传输到上位机界面1确认座位人员的出勤情况。

智能管理模块6子程序是运用光敏、雨量和粉尘传感器共同工作来实现教室智能管理；首先通过主程序实现单片机初始化，通过子程序实现光敏、雨量和粉尘传感器的初始化；本方案在教室外安装光敏传感器，传感器采集到的光敏电阻值，单片机可通过光照特性曲线转化为光照强度，对比预设阈值k，若光照强度低于k则开灯照明，若光照强度高于k则不开灯继续检测光照强度，并传输到上位机界面1反映实际教室照明开关情况；本方案在教室窗外安装雨量传感器，当有雨水时，介电系数ε的改变引起电容值c改变，传感器采集到的电容值，单片机可通过电容雨量特性曲线转化为雨量强度，对比预设阈值m，若雨量强度大于m即处于下雨状态则关窗，并传输到上位机界面1反映实际天气及窗户开关情况；本方案在教室窗户安装粉尘传感器，当空气中存在粉尘时，粉尘传感器散射光强度变化引起光电流脉冲变化，传感器采集到散射光强度值，单片机可通过光电粉尘特性曲线转化为粉尘浓度，对比预设阈值n，若粉尘浓度大于n即处于空气污染状态则关窗，若粉尘浓度小于n即处于空气正常状态则开窗通风，并传输到上位机界面1反映实际教室空气状况。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。