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基于 Lora 的智慧座位管理系统
形状
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0 引言

在这个全民阅读的时代,图书馆或自习室已经成为人们常去的地方,但是占座却无人使用的资源浪费现象十分严重。

传统的图书馆预约只能简单地实现预约功能,无法真正地监督和避免资源浪费现象。为了减少和避免这种资源浪费的现状,我们通过分布传感器网络,为图书馆预约系统设计了一种基于Lora网络结构的多节点设备无限物联网自组网络,将座位使用情况实时传输到终端,并向指定用户发送图书馆使用情况和时间数据。本系统可以让同学们直接使用微信小程序查看座位 使用情况并进行预约,进一步提高了图书馆的使用率。

1 模型系统方案设计

1.1 功能说明

本系统应用在每个座位下安装传感器的方式实现实时检测座位使用情况的功能,传感器将使用情况通过无线网络传送回云端服务器,根据使用情况判定是否回收或启用座位,并且将座位使用情况实时显示到微信小程序客户端,让其他用户能进行座位预约。在服务器端能够实时感知预定人的履约情况,履约情况将与信用评分挂钩,进而动态调整预约优先级及成功率。该系统可以有效提高座位预订的履约率,以此提高社会公共资源的利用率。

2 主要硬件及功能

2.1 传感节点模块

传感节点与自习室中的每张椅子连接,并设置一个正常的压力检测范围,通过调节两端的滑动变阻器来设置阈值,以正确区分人和物的重量,最后再由节点将信息通过 Lora 网络结构传回终端来。传感节点主要用来检测是否有人坐在上面,并可以记录人坐在上面的时长,再将数据采集传回终端。当压力传感器开始 受到超过给定值的下限的压力时,计时器 1 开始计时。在学生解除与椅子的绑定时,计时器 1 结束计时。若学生中途有事离开导致传感器上压力小于给定值,计时器 2 开始计时,在学生重新回到座位上时结束计时。最后再由 Lora 模块将数据传输至网关。同时为了防止学生通过放置重物作弊,将设置若压力数值长时间静止不动,也会进行提醒,并相应地扣除信用分。

对于供电设置,若传感节点采用有线供电,就失去了使用 无线传感网络的意义。因此传感节点必须设计成使用电池供电,为适应系统选择700mA的锂电池供电,锂电池形状扁平、 体积小巧,很合适此套系统。

2.2 功耗处理

锂电池供电的续航能力并不是很理想。于是选择了太阳能辅助充电的方式。选用的是 5V 的板子与充电模块向匹配。 光用太阳能充电也是不行的。所以也可以用 USB 对锂电池进 行充电,当电压达到 4.2v 会自动断电。充电模块左侧 4 个 led 灯可以直接方便的显示锂电池当前电量。而且模块具有过流保护(OCP)、过压保护(OVP)、短路保护(SCP)、过温保护(OTP)功能。当没有同学预约的时候,单片机会进入低功耗模式,把寄存 器PCON 最后一位 IDL 置 1,此时单片机功耗很低,振荡器继续运行,可用中断来唤醒。单片机正常工作时的功耗通常为 4mA到 7mA,进入空闲模式时其功耗降至 2mA。当有人预约时,串口收到信息,程序从原来停止处继续运行,中断退出低功耗模式。

2.3 WiFi 模块

(1)发射系统

Wifi 模块通过 mqtt 协议与阿里云服务器连接。单片机发送账号密码与服务器向验证。连接完成之后,订阅相关主题。

压力传感器感受到压力,并将压力转化为电信号。电压信号经过一个比较器输出 0 或 1 的数字信号给单片机,比较器的比较电压可以通过转动旁边的滑动变阻器来调节,左边的为粗调旋钮,右边的为细调旋钮,可以精确地控制体重阈值,防止作弊。之后单片机把要发送的命令编辑成 JSON 格式,然后由串口向 Wifi 模块发送数据。Wifi 模块再将数据每 5 秒转 发一次到阿里云物联网。

(2)接收系统

Wifi 模块接收到阿里云发送的 JSON 数据,转发给单片机。先把寄存器 PCON 最后一位 IDL 置0,退出低功耗模式。然后对接收到的数据进行解析,用简单方便的算法判断接收 到 JSON 值,控制红绿灯亮灭。红灯表示此座位已经被预约,绿灯表示座位可预约。

结语

随着图书馆的座位资源占用现象越来越受关注,每个座位都是资源,应当充分利用起来。

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