| 标题 | 探究基于射频技术的智能教室人员统计系统的设计与实现 |
| 范文 | 刘标 赵展 胡艳鑫 于航 施艳 摘 要：基于射频技术的智能教室人员统计系统在准确识别学生身份、防止学生考勤作弊、统计教室人员流量等方面作用显著，具备实用性及广泛性特点。本文从剖析整体设计方案出发，分析了软件设计以及硬件设计，并对其系统测试进行了相关研究与探讨。 关键词：射频技术；智能；人员统计系统；实现 智能教室作为智能校园系统中的关键因素发挥价值，在智能教室中，人员统计又是课堂中需关注的重要部分。当前，在多数学校中，缺乏一套科学且高效的考勤统计办法，考勤一般都通过教师点名来实现，这种方式一方面耗费了教师大量的上课时间及精力，另一方面，也无法有效杜绝考勤作弊现象的产生。因此，完成一个基于射频技术的智能教室人员统计系统的设计及实现成为考勤系统研究中的重要议题。 1 整体设计方案剖析 基于射频技术的智能教室人员统计系统主要组成模块包括四个，即数据采集、上位机系统、主控器数据处理模块、无线传输模块。为确保人流量统计的精准性以及杜绝学生考勤作弊的行为，这一智能化系统通过射频识别模块及两对对射式红外传感器的有机结合开展信息采集工作。采集到的数据信息以串口输出的方式传达到主控器单片机（STC12C5A60S2）上进行数据的综合处理。进出教室的方向由红外传感器采集到的信息进行确认；进入的人员数量由射频模块刷卡信息予以确认。在这两方面信息的确认下，就可以准确地了解是否存在一人拿多卡代刷、多人拿一卡多刷舞弊现象。在结果的显示上，系统通过液晶显示屏进行反馈并对作弊信息发出蜂鸣的报警提示；信息的统计与存储由主控器利用无线装置上传到上位机系统来完成。 基于射频技术的智能教室人员统计系统的供电由具备节能功能的低压直流供电系统来提供。考勤系统的功耗比较低，因此，使用低压供电系统即可满足供电需求。当考勤系统没有被使用，处于闲置状态的时候，这一直流供电系统会自动地调整进入睡眠状态；当有人流出入教室时，数据采集模块就会发挥作用，用采集到的信息将供电系统激活，这个教室人员统计系统就会启动，开始其正常运行。 2 软件设计与实现分析 （1）主控器软件的设计与实现。本系统的数据处理器选用STC12C5A60S2单片机，软件开发选用C语言。这样，一方面可以保持程序层次的清晰性与使用及调试与维护的便利性；另一方面，可以保证软件应用的广泛性与可移植性。系统整体程序设计的中心思想为：采取子程序调用的模块化设计。为保障后期修改与调整的可行性与可靠性，各个子程序块的设计保持了相对独立性。具体工作原理可表述为：红外传感器信号的控制通过外部中断0以及外部中断1的方式进行，0和1这两个中断被触发有先后顺序，由两个传感器装配的位置来决定。在红外传感器接收到外部传来的信号时，会进入中断服务子程序中，中断服务子程序完成相关处理后返回到主程序。主控器在初始化操作之后，信息采集依托红外传感器与射频模块进行。处理过后的数据被送达显示模块进行实时的显示，并通过无线传输的方式把数据传达到上位机系统。射频识别以及显示部分的子程序于主程序中进行调用。 （2）上位机系统的设计与实现。上位机系统的教室人员统计系统软件选用VB语言进行软件开发。软件系统主要包含：第一，数据接口模块；第二，考勤信息控制模块；第三，信息显示模块。数据接口模块的作用体现在：完成单片机与PC机的串口通信，这主要是通过VB中的MSComm控件来实现的。 3 硬件设计与实现分析 基于射频技术的智能教室人员统计系统硬件设计思路选用模块化设计，模块依据功能的差异可分为以下几部分：第一，数据采集；第二，数据处理；第三，无线传输。射频识别模块的功能是确定学生的身份；热释电传感器的功能是确定人员的数量以及流动方向；无线通讯模块数据通信功能的实现通过上位机来完成。 （1）数据采集模块的设计与实现。这一模块的构成为：射频识别单元+热释电传感器。在这两个部分的共同作用下开展数据采集工作。射频识别单元的装配位置为教室入口的门框上；热释电传感器分为2个，1个安装于射频识别单元的前端部分，1个安装于射频识别单元的后端部分。射频识别单元的作用体现在：对进入的人员进行身份识别与确认；热释电传感器的作用体现在：对进出教室的人员数量进行确认，并确认其进出的方向。系统的具体操作原理可表述为：计数装置加一：表示人员进入教室；计数装置减一：表示人员退出教室；显示器显示数据：停留在系统检测区域（空间）的合计人数。 （2）数据处理模块的设计与实现。选用2路传感器开展检测工作（为提高人员移动方向判断的精确度）。具体工作原理为：确认1号教室已进入上课状态后，上课前开启双红传感器1和2。等到人员开始进入时，假若前端的传感器（传感器1）响应后，两秒时间内，后段传感器（传感器2）也响应，则表明该人员进入了教室，否则，则显示为人员离开。假若发生传感器1、传感器2连续2次响应的情况，则视为没有发生人员的进出。计数上，假若人员进入教室，在传感器1与2之间刷卡，如果刷卡成功，那么，传感器进入计数加一，射频识别刷卡计数加一，主控器对这两组数据进行对比分析，如果计数相同，则表明为单人进入教室，进入人员的总计数值加一；如果计数不相同，则表明有考勤作弊行为的存在，报警装置会启动。 （3）无线传输模块的设计与实现。以学生上课前人员流动快速的特征为依据，这一系统中射频收发芯片选用射频模块nRF24L01。选用这种芯片开展无线传输工作的原因在于：第一，这一模块设备调试起来非常简便；第二，通信的距离非常长；第三，数据传输的速率非常高；第四，成本比较低廉；第五，与其他模块相比，在接口与编程方面更为简易。 4 系统测试与分析 （1）系统测试方面。完成系统的设计之后，接下来的工作重点应转向系统的测试。将设计得到的系统硬件装置装配到一间教室的门框上开展测试，测试人员选取42人，测试的具体操作可阐述为：第一，四人拿另一个测试对象的卡进入教室中；第二，一人拿两张不同测试对象的卡进入教室中；第三，其他的三十七人分别拿自己对应的卡进入教室中，然后实施检测，在系统中观察测试结果。 （2）系统测试结果分析。通过系统测试结果可以发现，系统可以十分精准地识别出每位学生的真实身份，并能精确检测出教室的人流量，对一人多卡代刷、多人一卡反复刷等考勤作弊现象起到了有效的遏制作用。 （3）在对系统的评价上，系统实现了自动化与智能化，排查纠错过程操作简易，组件的价格便宜且易于获得，使用成本及后期维护成本都大大降低。教师在上课之前就可以通过系统准确地知道学生出勤状况，对学生无故缺勤、迟到等一系列情况都可以起到很好的监督作用。另一方面，教师在利用这一智能化系统开展完课堂考勤后，能更直观、清晰地了解学生的信息，对课堂提问的开展以及课堂成绩的评定等都提供了很大的方便，也在一定程度上推动了教学管理的发展。 5 结语 基于射频技术的智能教室人员统计系统成本低廉，且实现了软件与硬件的相对独立性，实现与维护都很简易，克服了原有系统的缺陷，达到了考勤自动化、智能化的目的，最大限度地遏止了学生考勤作弊现象的产生。剖析整个设计方案，对软件、硬件的设计进行分析，并对系统开展测试分析工作，能有效提升教学管理水平，保障其管理的人性化及精细化。 参考文献： [1]董世青，张露，高峰.基于射频技术的智能教室人员统计系统的设计与实现[J].数字化用户，2013，（21）：73. [2]徐双艳.基于射频技术的停车场自动管理系统的设计与实现[J].科技传播，2013，（10）上：214-215. [3]魏庆丽，朴冠宇，李娇阳等.基于射频卡式身份识别的智能教师考勤系统[J].吉林大学学报（信息科学版），2013，31（4）：397-403. [4]徐济仁，陈家松，易向军等.基于射频识别技术的图书馆智能管理系统的设计与实现[J].电子技术应用，2009，（5）：137-140. 项目：防灾科技学院大学生创新创业训练项目 |
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