一种基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统

1.本实用新型涉及宿舍监管领域，具体涉及一种基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统。


背景技术：

2.随着现代科技的发展以及人民生活质量的提高，大量电子产品逐步进入大学宿舍，对于有着数万名学生的大学院校而言，宿舍用电需求快速增长，而违背宿舍管理规定，私自接入大功率耗电设备导致的火灾时有发生。
3.大部分院校虽然采取限电、限容量的办法禁止宿舍使用大功率电器，并配合人力巡查避免火灾情况，但实际上仍无法彻底解决因人为执行管理制度的主观性和违规电器使用的隐蔽性而产生的管理盲区导致的用电安全问题。随着5g的发展，物联网系统的应用越来越频繁，如何利用物联网来保障宿舍的安全变得非常重要，也非常有实际意义。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是提供一种基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统，能对宿舍内违规使用电器和发生火灾的几率进行实时监控，并能实时反映安全问题，让宿舍管理员省心，让宿舍安全有保障；同时能使学生利用手机控制宿舍内部分电器，方便学生生活。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
6.一种基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统，所述系统包括火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器、控制中心、数据传输机构和显示监控终端，所述火焰传感器、湿度传感器和烟雾传感器均设置在学生宿舍内，所述火焰传感器、湿度传感器和烟雾传感器分别与控制中心电连接，所述控制中心和显示监控终端之间通过数据传输机构进行连接，所述控制中心对火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器这三者所传输的数值联合进行计算、分析和判断，判断结果显示在显示监控终端上，并根据“发出警告，有可能发生火灾”的判断结果提示宿舍管理层相关人员进行检查。
7.所述系统还包括用于检测学生宿舍内用电总线中电流的电流检测模块，所述电流检测模块和控制中心电连接，所述控制中心单独对电流检测模块所传输的数值进行计算、分析和判断，判断结果显示在显示监控终端上，并根据“发出警告，有可能使用违规电器”的判断结果提示宿舍管理层相关人员进行检查。
8.所述电流检测模块为霍尔电流传感器。电流检测模块能监控宿舍内的电流使用情况，能检测的范围为0～30a，适用于学生宿舍内电流使用情况。
9.所述火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器均以0.1s为中断向控制中心发送数值，所述控制中心以0.1s为中断计算电流检测模块传输的数值的突变值(该突变值为前一时间和后一时间显示的电流的差值)。
10.所述控制中心包括单片机，所述单片机中设定火焰传感器、湿度传感器和烟雾传
感器的阈值并据此编写id3算法用来判断火灾发生的可能性，所述单片机中还保存有违规电器的额定电流并据此进行比较来判断是否使用违规电器。通过id3算法判断学生宿舍内是否可能发生火灾，火灾的几率为多少，id3算法的计算过程为：先从火焰传感器的数值开始判定，若该数值超出阈值，则判定为可能火灾；若不超过，则进入下一步判定，即对湿度传感器的数值进行判定，若数值低于阈值，则判定为可能火灾；若不低于，则继续进入下一步判定，即对烟雾传感器的数值进行判定，若数值超出阈值，则判定为可能火灾，若低于阈值，则判定为宿舍安全。违规电器的使用判定具体为：若学生宿舍内的电流值出现较大的瞬时升高，并且升高后超出宿舍正常用电范围，或者电流瞬时升高值近似符合违规电器大功率的额定电流时，单片机会对此判断为违规使用电器。
11.所述单片机采用stc8单片机。
12.所述单片机采用stm32单片机。
13.所述数据传输机构采用路由器，所述控制中心包括与路由器电连接的wifi模块，所述wifi模块还分别与火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器、电流检测模块及单片机电连接。
14.所述学生宿舍内设有多个弱电电器以及与弱电电器电连接的弱电开关，所述单片机分别与多个弱电开关电连接，所述控制中心还包括与单片机电连接的蓝牙模块(为hc系列的蓝牙模块，单片机上设有用于进行串口通讯的两个端口，蓝牙模块通过导线和两个端口进行连接，该单片机中有编写好与蓝牙模块进行连接的代码)，所述系统还包括手机终端，所述蓝牙模块和手机终端中的蓝牙进行密码配对。单片机可直接通过设定好的代码产生对应端口的弱电，对弱电电器的弱电开关部分进行控制。
15.所述学生宿舍内还设有强电电器以及与强电电器电连接的强电开关，所述系统还包括设于强电开关和单片机之间的继电器。
16.所述弱电电器包括电灯、风扇、空调，所述弱电开关包括控制电灯开关的电灯开关、控制风扇开关及档位的风扇开关、控制空调开关及温度的空调开关。
17.所述强电电器包括窗帘，所述强电开关包括控制窗帘移动的窗帘电机。单片机需通过继电器将由本身设定好的代码产生对应端口的弱电放大成强电，才能对强电开关进行控制，具体过程为：窗帘电机在接收到单片机的弱电pwm波信号后，会通过继电器将弱电pwm信号电压升压到12v左右，足以控制窗帘电机的移动，根据学生手机发送数据的情况，电机能产生正转和反转，从而实现窗帘的开打和关闭。
18.整个操作过程具体如下：学生的手机终端(手机终端上下载有或直接有借助蓝牙发送数据的app)要连接蓝牙模块时会弹出密码匹配的页面(基于安全考虑，防止非本宿舍内的人进行电器控制)，输入密码后进行匹配，匹配成功后方可连接，连接成功后，可以用手机终端对宿舍内各个电器进行控制(控制时，发送的是相关的十六进制数据，相关的数据有数据手册供学生参考)，控制过程具体如下：先通过信息配对，选择要控制的对应宿舍内的电器，然后再发送控制命令，控制电器打开或者关闭。信息配对协议为：(1)第一步配对，选择电器时发送00h，01h，02h，03h，分别对应控制电灯开关，风扇开关，空调开关，窗帘电机。(2)第二步配对，再次通过发送信息控制电器的具体状态。对于电灯开关和风扇开关，发送00h控制关闭，发送01h进行打开。对于窗帘电机，发送00h-0fh控制窗帘闭合程度，00h对应打开窗帘，0fh对应紧闭窗帘，中间14个数值对应窗帘不同的闭合程度。对于空调开关，发送
00h空调则升高1摄氏度，发送01h空调则降低1摄氏度。
19.所述显示监控终端为onenet物联网网站，该网站上的监控页面会显示可能发生事故的房间号。
20.本实用新型中的单片机根据算法对湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、电流检测模块传输的数值进行修正和判断，并将判断是否出现宿舍安全事故的结果通过wifi模块发送到学生宿舍管理员的监控页面上。如有可能发生事故的宿舍，学生宿舍管理员能通过监控页面了解到可能事故宿舍的房间号。另外，还可通过蓝牙控制学生宿舍内的各个电器，便利学生。
21.本实用新型产生的有益效果主要可以分为三个方面。
22.(1)能及时预防学生宿舍的火灾发生，减少不必要的财产损失，避免生受伤，有利于公共安全。
23.(2)宿舍管理员能更加轻松高效地监控学生宿舍内的安全情况，对宿舍内可能存在的安全问题能及时干涉。
24.(3)能使学生更加方便地控制宿舍的电器，不用刻意走到开关前或者离开自己的座位。
附图说明
25.图1为基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统的结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
27.实施例1
28.如图1所示，本实用新型将整个学生宿舍物联网分为三个层面，分别是宿舍管理层、宿舍、学生，基于此提出了基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统。
29.本实施例中系统关联了宿舍管理层和学生宿舍两个层面，主要体现该系统的安全保障功能。
30.一种基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统，包括火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器、用于检测学生宿舍内用电总线中电流的电流检测模块、控制中心、数据传输机构、显示监控终端，火焰传感器、湿度传感器和烟雾传感器均设置在学生宿舍内，控制中心包括单片机以及与单片机电连接的wifi模块，wifi模块还分别与火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器及电流检测模块电连接，即单片机通过wifi模块与几个传感器和电流检测模块进行连接，数据传输机构采用路由器，路由器与wifi模块电连接，单片机处理的结果依次通过wifi模块和路由器和显示监控终端进行连接，单片机中设定火焰传感器、湿度传感器和烟雾传感器的阈值并据此编写id3算法用来判断火灾发生的可能性，单片机对火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器这三者所传输的数值联合进行计算、分析和判断，判断结果显示在显示监控终端上，并根据“发出警告，有可能发生火灾”的判断结果提示宿舍管理层相关人员进行检查，单片机中还保存有违规电器的额定电流并据此进行比较来判断是否使用违规电器，单片机单独对电流检测模块所传输的数值进行计算、分析和判断，判断结果显示在显示监控终端上，并根据“发出警告，有可能使用违规电器”的判断结果提示宿舍管理层相关
人员进行检查，火焰传感器、湿度传感器、烟雾传感器均以0.1s为中断向单片机发送数值，单片机以0.1s为中断计算电流检测模块传输的数值的突变值，其中，电流检测模块为霍尔电流传感器，单片机采用stc8单片机或stm32单片机，显示监控终端为onenet物联网网站。
31.工作原理具体为：单片机根据设定好的程序，以0.1秒为一次中断进行一次循环，每一次循环都会记录当时的电流数值、烟雾传感器数值、火焰传感器数值、湿度传感器数值，然后单片机就会把数值进行算法处理：(1)对于电流数值，单片机能根据卡尔曼滤波，对前后时间段的电流数值进行滤波，保证单片机获得数值的准确性，然后在判断前后时间段的数值的突变值，若宿舍内电流的突变值较大，并且后一时间段的电流过大，就会判断成可能使用违规电器的情况，并将可能有违规使用电器的情况反映给宿舍管理员。(2)对于烟雾传感器、湿度传感器、火焰传感器三个数值，单片机会先将获得的数值进行卡尔曼滤波，来保证数值的准确性，然后单片机会根据已经多次测试好的id3算法根据优先级判断是否会有火灾，并将可能有火灾的情况反映给宿舍管理员。
32.实施例2
33.本实施例中系统关联了宿舍管理层、学生宿舍和学生三个层面，共同体现该系统的安全保障功能和便携功能。
34.如图1所示，除了实施例1中已经说明的组成，一种基于学生宿舍物联网的便携和安全保障系统还包括与单片机电连接的蓝牙模块(采用hc系列的蓝牙模块)、学生使用的手机终端和继电器，蓝牙模块和手机终端中的蓝牙进行密码配对，学生宿舍内设有多个弱电电器、与弱电电器电连接的弱电开关、强电电器以及与强电电器电连接的强电开关，单片机分别与多个弱电开关和强电开关电连接，继电器设于强电开关和单片机之间，具体地，弱电电器包括电灯、风扇、空调，弱电开关包括控制电灯开关的电灯开关、控制风扇开关及档位的风扇开关、控制空调开关及温度的空调开关，强电电器包括窗帘，强电开关包括控制窗帘移动的窗帘电机。
35.通过蓝牙实现便携功能的工作原理具体为：学生利用手机终端的蓝牙功能和宿舍内安装好的蓝牙模块连接，学生在宿舍内可以通过手动设置蓝牙模块的名称和配对密码，设置配对密码防止非本宿舍的人控制宿舍内的相关电器。手机终端内找到蓝牙模块的名称，并输入蓝牙的配对密码，密码符合则能成功连接，否则连接失败。待连接成功之后，学生利用手机发送十六进制的数据来和单片机进行无线通讯，单片机根据收到的数据直接控制或通过继电器间接控制相关的电器，并将是否成功控制的信息返回发送到学生的手机上，当单片机控制强电电器时，单片机先产生弱电经过继电器之后，继电器会闭合，使得在220v下产生的电流能经过继电器并形成回路，达到弱电控制强电的效果。
36.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。