基于物联网的教室人数检测系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-131-LW
设计摘要：
本设计基于物联网技术，实现了一个教室人数检测系统。系统利用STM32单片机作为中控，通过红外对管检测人员进出教室，并实时统计应到人数和实到人数，同时使用OLED显示屏显示相关信息。系统还通过温湿度传感器检测教室的温湿度，并通过DHT11显示。此外，系统使用ESP8266模块获取网络时间，确保时间的准确性。通过按键可以调节应到人数的数值大小。另外，系统还支持通过手机检测人数的多少，并可以设置最大人数。整个系统结构简单，功能齐全，能够满足教室人数统计和环境监测的需求。
关键词：单片机；温湿度检测模块；红外对管
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 DHT11温湿度传感器
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 设置阈值实物测试
5.3设置座位实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
近年来，随着物联网技术的快速发展，人们对于智能化生活的需求越来越高。教育领域作为社会发展的重要组成部分，也需要借助物联网技术来提升教学环境和管理效率。在教室管理中，人数统计是一项重要的工作，能够帮助学校管理人员了解教室的使用情况，做出相应的调整和决策。然而，传统的人数统计方法存在一定的局限性，如统计不准确、效率低下等问题。因此，本设计旨在利用物联网技术，设计一套基于红外对管和传感器的教室人数检测系统，以提高人数统计的准确性和效率。
本设计的主要目的是实现教室人数的准确统计，并通过显示屏和手机等方式，实时展示人数信息。首先，系统通过红外对管检测人员的进出，能够精确地统计教室内的人数。其次，通过温湿度传感器检测教室的温湿度情况，提供给教师和学生一个舒适的学习环境。此外，系统还能够获取网络时间，确保时间的准确性，方便教室管理人员做出相应的安排。通过按键调节应到人数的数值大小，能够灵活适应不同教室的需求。同时，系统支持手机检测人数的多少，并可以设置最大人数，方便教室管理人员及时掌握教室的使用情况。
该设计的意义在于提高教室管理的智能化水平和效率。传统的人数统计方法需要人工操作，容易出现统计不准确的情况，而本设计通过红外对管的应用，能够实时准确地统计人数，避免了人工统计的误差。此外，系统还能够监测教室的温湿度情况，为教师和学生提供一个舒适的学习环境。通过网络时间的同步，确保教室管理的时间准确性，提高管理效率。另外，系统支持手机检测人数的多少，方便教室管理人员随时了解教室的使用情况，做出相应的管理决策。综上所述，该设计的实施将有效提升教室管理的智能化水平，提高教学效果和学习体验，对于推动教育信息化建设具有重要的意义。。
1.2 国内外研究现状
在国内，随着物联网技术的快速发展，教室人数检测系统也逐渐得到了关注和应用。一些高校和科研机构开始研究和开发基于物联网的教室人数检测系统。他们利用红外对管、摄像头等设备，通过智能算法进行人数统计，并通过显示屏、手机等方式实时展示人数信息。这些系统不仅能够准确统计人数，还能够提供温湿度监测、网络时间同步等功能，提高教室管理的智能化水平。
张西良，孙建新，顾海英，李伯全，黄琳杰，王海颖发明公开了一种基于人体红外传感器的教室人数统计检测装置及方法,属于测控技术领域,适合公共场合对一定区域人数的统计与检测,实现与人数相关的监控.本发明的检测装置由两个人体红外传感器及其特制的机壳,一个无线单片机应用系统组成;两个人体红外传感器分别安装在两个特制的机壳内,其中一个机壳内安装无线单片机应用系统,两个机壳通过导线连接.该装置结构设计安装简单,使用方便,功耗低.本发明检测方法的技术方案是:通过在教室门内外的天花板上装两个低功耗人体红外传感器,将其高敏感区聚集在门口,由始终供电的两个红外传感器检测到人体信号,实现对进出教室人体统计.该方法控制简单,成本低,具有较高的准确性和可靠性等[1] 。
2019年吴芯洋，吴泽洋，陈珂成采用STM32F103RBT6型单片机作为控制核心,红外线传感器作为检测元件,通过检测前后两个红外对管被遮挡的先后顺序,判断人员的进出的方向以及完成教室内的人数统计并通过LCD液晶屏显示考勤情况.此系统结构稳定,性能可靠,成本低廉,并且可实用性强.该系统的实现加强对学生的日常管理,随时准确把握学生出勤率;也加强了对老师教育教学行为的日常管理,维护学校正常的教学秩序,从而不断提高学校的教育教学质量[2]。
大多数系统中遵循的最重要目标之一是提高效率，减少错误并增强数据输入任务的易用性，例如在组织中提供更好的服务。因此，使用智能工具是管理系统最重要的要求，以便收集完整准确的数据并创建完整的信息。在管理中，建议使用新技术来建立智能系统并减少人为错误。2016年Meghdadi M , Azar A A 研究旨在调查“使用RFID的教授和学生出勤系统”，研究人群由教授和学生组成。研究结果表明，由于大学和学校的出勤检查系统是通过班级名单完成的，检查学生的出勤率需要花费时间和精力，因此导致浪费教授的宝贵时间和精力来教学。因此，使用高效和现代化的系统至关重要，因为随着RFID考勤系统的设计和实施以及传统系统的取代，可以避免时间和精力的浪费，并且可以将考勤系统提升为智能和集成的考勤系统。设计的系统包括长时间的存在和缺席，延迟和匆忙支付大学教授的工资，并通过无线电频率自动识别。该系统旨在在这一领域创造变化，并且总体上是经济的[3]。
适当的出勤管理对于学术机构向每个学生传播和确保优质教育至关重要。2018年Akbar M S , Sarker P , Mansoor A T提出了一种自动考勤系统的模型，以减轻记录数据的手动工作，从而消除了欺诈的机会。该模型侧重于人脸识别与射频识别（RFID）相结合如何检测授权学生，并在他们进出教室时进行计数。智能考勤系统保留了每个注册学生的真实记录，并大大消除了传统的繁琐任务。此外，该智能系统将每个注册特定课程的学生的数据保存在出勤日志中，并根据需要提供必要的信息。通过识别个人的面孔并在我们的项目中同时通过RFID进行验证，现有手动考勤系统中的限制已基本消除。该项目的另一个附加功能是，他们通过实施一个使用红外模块的系统来节省能源，其中房间的电子设备仅在内部有人时才打开[4]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
该设计是基于STM32的教室人数检测系统。系统采用STM32单片机作为核心控制器，结合其他模块构成整个系统。系统包括中控部分、输入部分和输出部分。
中控部分通过STM32单片机获取输入部分的数据，并进行相应的处理和控制输出部分的行为。输入部分包括DHT11温湿度检测模块、两路红外对管检测模块、独立按键和供电电路。输出部分包括OLED显示模块、WIFI、和继电器控制输出。
该设计的主要目标是实现对教室人数的检测，并显示相关信息，如时间、温湿度、座位数等。同时，系统还能通过继电器控制风扇的运转，以调节教室的温度。
该设计具有准确可靠的人数检测能力，并能有效监控和调节教室的温度。它在教室管理和舒适性方面有着广泛的应用前景。
