基本信息
- 项目名称：
- 基于zigbee的教室信息管理防盗系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，教学楼安全监控不足的现状，设计了基于zigbee无线网络的智能教室信息管理系统，以达到节约电能、实现高校教室资源的合理使用，以及改善教学楼安全性的目的。
- 详细介绍：
- 摘 要 本项目主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，教室资源利用不合理，教学楼安全监控不足的现状，设计了基于zigbee无线网络的智能教室信息管理系统，以达到节约电能、实现高校教室资源的合理使用，以及改善教学楼安全性的目的。 本项目结合实际需求，将现代通信技术、信息处理技术、控制技术和计算机网络技术结合，设计了由zigbee无线网络、RFID射频识别系统、教室终端集控系统、声光报警系统、综合信息网络管理系统和教室远程无人监控系统组成的智能教室信息管理系统。其结构为教室各采集模块—教室集控中心—zigbee无线网络—综合信息管理中心—互联网。该系统通过对教室温度、教室光照、烟雾浓度、学生人数及学生基本信息的采集，教室使用状态等的监控与实时显示，再远程传送到终端进一步上传至网络，达到对教室资源智能信息化管理的目的；加上无人监控系统的使用，进一步增强了对教室的安全管理。 与已有的技术相比，该系统建立的信息采集模型，功能比较齐全，具有友好的操作性和很好的扩展性，方便进一步开发和完善。而且系统采用zigbee网络作为主通信方式，相比于WIFI、蓝牙网络，有明显的价格优势、更低的功耗和相当的可靠性。 关键词： Zigbee网络 RFID射频识别技术 网络技术 综合信息数据管理 人体跟踪监测 Abstract This topic mainly aims at the present universities teaching building classroom the electrical energy resources waste to be serious，the classroom resources use is unreasonable，the realization current collector control and the teaching management is insufficient the present situation，has designed the intelligent classroom management system，realizes the classroom current collector reasonable use，saves the electrical energy as well as the improvement teaching management goal． This article applies the Modern Communication Technology，the information processing technology，the control technique，as well as the network technology，successfully developed the intelligent classroom management system，including the Zigbee wireless network and the RFID radio frequency identification system，the classroom terminal set control system, the annuciator，Comprehensive information network management system, The remote and unmanned surveillance classroom system. Its The overall system is The every acquisition module in classroom-- The classroom sets control center—the Zigbee wireless network-- Integrated information management center--- internet.By Monitoring and real-time displaying the classroom temperature, the classroom illumination, smoke concentration, studying by oneself the student population and students' basic information collection, classroom use state, etc and remote transmission to the terminal ,further uploaded to the network ,the system achieves the purpose of intelligent information management resources. with the addition of the use of unmanned surveillance system, it can further enhance the safety management for classrooms. Compared with existing technology, This system established information acquisition model，whose function relatively complete with friendly operability and good expansibility．It is Convenient to further develop and perfect . And the system uses Zigbee network as the main means of communication, compared with WIFI，bluetooth network, have clear price advantage, lower power consumption and quite reliability. keywords: Zigbee network ,RFID technology，network techniques，comprehensive information data management, Human body tracking monitoring 目 录 第一章 绪论 4 1.1课题背景 4 1.2研究目的 5 第二章 系统整体设计方案 6 2.1系统总体组成 6 2.1.1教室检测控制单元 6 2.1.2中央主机单元 7 2.1.3通信网络 7 2.2系统功能实现 7 2.2.1教室检测控制单元数据采集 7 2.2.2教室信息显示 8 2.2.3用电设备管理 8 2.2.4火灾报警及教室无人监控 8 2.2.5教室信息统计和发布 8 第三章 系统的设计与实现 9 3.1基本思路 9 3.2系统组成 10 3.2.1系统芯片 10 3.2.2 ds1302时钟芯片 11 3.2.3 ic射频卡芯片ZLG500 13 3.2.4 温度传感器（用于数据采集） 14 3.2.5教室监控部分 15 3.2.6 Zigbee模块 21 3.2.7系统软件部分 22 第一章 绪论 1.1课题背景 随着能源的日益紧张，以及燃烧煤炭等资源带来的社会和环境问题的日渐突出，党和国家对节能工作的重视程度不断提高，已经将其列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，指出能源在国民经济中具有特别重要的战略地位，我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理；能源利用效率低；并提出了坚持节能优先，降低能耗的发展思路。教育部也积极响应，提出了“建设节约型高校”的口号，高校节能工作也在全国各地蓬勃开展起来，成立了“中国高校节能联盟”。高校作为培养高素质人才的摇篮，提倡节约的意义也就显得更加重大而深远。 但是随着现代科技的飞速发展，国家在教学方面投入了大量资金，陆续建成了一大批配备有先进教学设施、环境的中学和各类学校，各大专院校也对教学设备和教学环境建设进行了大力度的投入，为提高教学水平和教学效率创造了良好的条件，但随之而来的是如何管理和如何充分利用这些资源，充分发挥它应有的功能，同时又尽可能的减少资源的浪费。教室作为高校教学的重要场所，一般采用开放式管理模式为主，学生基本上无固定的班级教室，无固定的座位；而楼层管理人员仅负责卫生或保卫工作。因此，造成了白天长明灯，晚上无人也开灯，人少灯全开以及在夏天电风扇的无效运行的浪费现象在高校司空见惯。从早晨开放到晚上清场，教室照明灯具一直处于开启的现象在不少高校中是普遍存在的。虽然教室的用电设备负荷在整个学校用电负荷中所占的比重不算太大，但是由于它们的数量众多，使用时间最长，使得它们在整个学校用电量中所占的比重一直居高不下，从而带来电力资源的极大浪费。长时间如此也会造成灯具等硬件设备的过早老化。 近几年，国内很多大专科院校都建立了新校区，从而大力投入建设先进的教学设备和教学环境等硬件设施。但对于教室和其他教学设施甚至实验室的管理很多都停留在传统的管理阶段。因而造成了电力资源和人力资源的极大浪费。虽然有些高校认识到了这种现象，采取了各种各样的管理方式，企图来杜绝这种浪费。但一般都采用人工负责的方法。但始终没能长久坚持下去，也就没有取得理想效果。 其次，学生对教学楼教室的利用状况的未知往往造成有些教室人满为患，有些教室无人问津的状况。从而由于管理不当而影响教学资源分配等种种问题。 基于以上种种问题，我们提出了一种方便可靠的智能教室信息管理系统。 1.2研究目的 随着能源问题加剧，其带来的社会和环境问题也日益突出，建设节约型高校”迫在眉睫；现在是信息化时代，科技发展日新月异，学校作为培养社会人才的摇篮，更应该将信息化全面体现在学生的生活学习中，学校信息化建设更是意义深远。 因此针对目前教学资源浪费严重并缺乏有效管理和信息传递不及时的情况，以节约资源、加强学校教学智能信息化管理为目的，项目小组设计开发了一种低能耗低成本的zigbee技术与互联网相结合的教室智能信息管理系统。 本系统应用先进的通信技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台，具体由zigbee无线网络、RFID射频识别系统、教室终端集控系统、声光报警系统、综合信息网络管理系统和教室远程无人监控系统组成。该系统通过对教室温度、教室光照、烟雾浓度、学生人数及学生基本信息的采集，教室使用状态等的监控与实时显示，再远程传送到终端进一步上传至网络，达到对教室资源智能信息化管理的目的；加上无人监控系统的使用，进一步增强了对教室的安全管理。 第二章 系统整体设计方案 2.1系统总体组成 本教室信息管理系统采用基于zigbee协议进行数据传输的分布式集散控制系统，对学校教学楼教室进行照明灯具的管理、教室学生人数的统计、火灾等突发事件的报警，以及实现教室无人安全监控。整个系统采用两层硬件单元和一级通讯网络构成，即教室检测控制单元，中央控制主机单元及zigbee通讯网络。教室检测控制单元的设计采用的是以51单片机为主的控制系统。中央控制主机单元则是通过编制上位机监控程序，实现对教室内的教室检测控制单元所采集到的信息的接收、处理、发布，从而可以很轻松的对教室用电设备开关状况、室内温度、光照强度、安全情况、学生人数、上课学生信息等进行实时监控和统计，并即时通知相关人员。对于通讯网络部分，在教室检测控制单元内部的传感器和MCU之间，以及检测控制单元与总机之间均采用zigbee技术构建的网络进行通讯。 2.1.1教室检测控制单元 在每个教室的用电设备开关装置上安装的教室检测控制单元是以51单片机为核心的数据采集和控制装置。它的主要任务是通过各种传感器以及射频卡实现对教室内温度、光照强度、安全状态、进入教室的学生人数、学生上课等信息采集、存储与处理，并可实现对教室内照明灯具开关状态检测和自动控制，自动火灾报警、手动向中央控制主机单元报告紧急情况等。同时通过串行通讯线与教室外LCD显示器通讯，并可通过zigbee网络实现与中央控制主机单元通讯。每个教室检测控制单元都是由数据采集模块、控制模块、人机交互模块、显示模块、电源模块、通讯模块等组成。 2.1.2中央主机单元 中央控制主机采用普通PC机，在PC机上配置zigbee接收卡，用于接收各教室检测控制单元发送的数据。中央控制主机是整个智能教室控制系统的控制和管理中心，其功能是将教室控制单元送来的信号进行处理，按要求控制输出单元，可自动或手动对各控制装置发出指令，并可通过Internet发布信息。其软件部分由C#编写的管理软件、web服务器和数据库组成。 2.1.3通信网络 通讯网络是保证整个教室控制系统正常运转的关键，所有的教室检测控制单元和都连接在通讯网络的平台上，最终与中央主机单元相连。本系统采用低成本、低功耗的近距离无线组网zigbee通讯技术，实现各传感器与单片机、教室检测控制单元与中内主机单元的连接。 2.2系统功能实现 本教室控制系统的设计的目的就是为了实现教室用电设备的合理使用，节约能源、火灾报警以及改善教学管理，提高教室使用效率。在设计过程中，将整个系统分为了上述的三个部分，系统可以实现的功能则可以概括为以下几个方面: 2.2.1教室检测控制单元数据采集 系统的底层设备教室检测控制单元具有自动定时采集和命令采集两种模式。自动定时采集就是教室检测控制单元可以根据内部时钟设置对教室进行循环采集数据，命令采集模式是指当教室管理人员发出数据采集命令后，由中央主机单元通过zigbee通讯网络将命令传送到教室检测与控制单元，根据需要采集相应的数据信息。 采集数据的传感器有温度传感器、光线传感器、烟雾传感器、RFID射频识别器、CCD摄像头等。 2.2.2教室信息显示 各传感器采集教室信息后，发送给各个教室的MCU，MCU通过串行通讯线将教室情况，如所上课程、所到学生人数等传送给LCD显示器，教师和学生可随时进行查看。 2.2.3用电设备管理 光线传感器将采集到的室内光照强度发送给教室内的MCU，MCU再通过zigbee网络发送给中央主机单元，由中央主机单元控制照明灯具开或关，可设为自动或手动两种模式。 2.2.4火灾报警及教室无人监控 烟雾及红外线传感器若采集到室内有大量的烟雾或出现火光，会即时报告给中央主机，中央主机向报警器发出报警命令，从而进行声光报警。 若在某特定时段CCD摄像头捕捉到有可疑人员进入教室，将对其进行跟踪并录像，同时向中央主机报告情况，由管理人员决定是否发出报警命令。 2.2.5教室信息统计和发布 各传感器采集教室信息后，通过zigbee网络发送给中央主机单元，计算机对接收的数据进行筛选和分类统计，存入数据库，并将教室安排信息发布到Internet上，将学生上课统计信息发送给任课老师，作为任课老师评分依据。 第三章 系统的设计与实现 3.1基本思路 教室信息管理系统由zigbee无线网络、RFID射频识别系统、教室终端集控系统、声光报警系统、综合信息网络管理系统和教室远程无人监控系统组成。各功能实现方式如下： (1) Zigbee无线传感器网络：采集多种传感器信息（烟雾传感器，光敏传感器，红外传感器），通过zigbee无线网络进行数据传输。 (2) RFID射频识别系统：采集上机学生基本信息，用于学生上机实验管理。 (3) 教室终端集控系统：由多个zigbee节点组成，将各节点（传感器）得到的数据融合处理后，通过zigbee路由中继节点发送到总控制台，并在本教室外通过液晶屏显示出本教室的信息。 (4) 声光报警系统：采用鸣笛或响铃、报警灯闪烁等方式进行紧急情况报警。 (5) 综合信息网络管理系统：在多个教学楼之间联网组成更高层次、更全面的综合管理系统，并通过互联网络发布教室的相关信息。 (6) 教室远程无人监控系统：利用高性能DSP与CCD摄像头，通过分析夜晚无人时教室图像，监测并跟踪人体达到远程监控的目的。 系统框图 图3.1 系统总框图 3.2系统组成 3.2.1系统芯片 考虑到本系统所要求的可靠性高、功耗低、使用方便等特点，我们决定选用51单片机作为芯片。 51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机， 后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。特别适合我们使用。 图3.2 89C51管脚 主要功能有： •8位CPU •4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) •256bytes的数据存储器(RAM) （52有384bytes的RAM） •32条I/O口线 •111条指令，大部分为单字节指令 •21个专用寄存器 •2个可编程定时/计数器 •5个中断源，2个优先级（52有6个） •一个全双工串行通信口 •外部数据存储器寻址空间为64kB •外部程序存储器寻址空间为64kB •逻辑操作位寻址功能 •双列直插40PinDIP封装 •单一+5V电源供电 •CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； •RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； •ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； •I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出； •T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； •五个中断源的中断控制系统； •一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； •片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。 3.2.2 ds1302时钟芯片 实时时钟电路DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的具有涓细电流充电能力的实时时钟电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 引脚功能及结构 DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 图3.3 ds1302引脚图 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 3.2.3 ic射频卡芯片ZLG500 图3.4 ic射频卡芯片ZLG500 串行接口 ZLG500A 模块可方便地与任何MCU 进行接口，如下图所示与MCS51 单片机的典型接口 图3.5 MCU与ZLG500A串行接口 三线分别为片选SS 时钟线SCLK 和数据线SDATA 主控制器的MCU 和读卡模块内的MCU ，通过此三线相连三根线上的实际电平是双方口线状态逻辑线与的结果。 协议 通信必须先由MCU 发送命令和数据给ZLG500A， ZLG500A 执行命令完毕后将命令执行的状态和响应数据发回MCU。 开始通信前收发双方必须处于空闲状态。ZLG500A的RST有两种接法：一是接硬件复位电路，如阻容复位等。这样系统上电后必须要等待ZLG500A 复位结束。二是接外部MCU的一个I/O 口由MCU 控制复位。推荐使用第二种方法。这样在ZLG500 出现异常时可由MCU控制复位 首先MCU发出SS下降沿信号然后等待ZLG500A 在SDATA 线上的响应。若在50ms 内未检测到此响应则退出本次传输，将错误代码返回给主程序，由主程序进行错误处理。若ZLG500A 正确响应则MCU 可将命令和数据发送出去，然后MCU 等待ZLG500A 发回的状态和响应数据。也即等待SS 线上的下降沿的产生，此时的MCU 可用软件查询也可用外部中断。若在500ms 内未检测到此信号则退出本次传输且向主程序报告错误代码。若正确检测到SS 信号则可接收状态和数据。 3.2.4 温度传感器（用于数据采集） 温度传感器我们选用DS18B20单线数字传感器。 其功能简介如下： 温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早期使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻，随着环境温度的变化，他的阻值也发生线性变化，用处理器采集电阻两端的电压，然后根据某个公式，就可计算出当前环境的温度。随着科技的发展，现代的温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域，为我们的生活提供便利。随着现代仪器的发展，微型化，集成化，数字化正成为传感器发展的一个重要方向。 美国DALLAS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无须任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数字码方式串行输出，从而大大简化了与微处理器的接口。 DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强，易配微处理器等优点，可直接将温度转化为串行数字信号供处理器处理。 图3.6 DS18B20 引脚 3.2.5 教室监控部分 3.2.5.1教室监控概述 本模块硬件平台以ADI公司的高性能处理器ADSP-BF533为核心。ADSP-BF533是Blackfin系列嵌入式多媒体DSP处理器，融合了Analog Devices/Intel的微信号结构（MSA），双MAC处理器架构使其同时具有DSP的性能和MCU的功能，灵活的DMA结构和高速串行和并行端口（PPI）非常适合于音频、视频、通信等方面的应用。 本系统分为视频信号采集、DSP处理和通信三部分构成。CCD采集的模拟电视信号经视频解码器ADV7183转化成数字信号，通过并行外设接口PPI以DMA方式存储到外部SDRAM视频缓冲区中。然后由BF533完成数字图形处理的任务，其中包括人体检测、目标跟踪等算法。若检测到人闯入教室 ，则将警告信息通过串口传给上位机。硬件框图如图3.2.5.1所示。 图 3.7教室监控硬件结构 3.2.5.2硬件设计 ADSP-BF533系统是主要包括电源电路、复位电路、SDRAM、SPI FLASH存储器和JTAG接口电路组成。 图3.8 BF533核心电路 SDRAM(同步动态随机存储器)具有随机读写速度快，写入数据之前不需要进行擦除的特点，在嵌入式系统中成为不可缺少的存储设备之一。本系统采用MT48LC32M，其容量为32 MB，最高频率为133 MHz。ADSP-BF533支持与SDRAM的无缝连接。 图3.9 SDRAM连接 图3.10 JTAG接口 ADSP-BF533具有3种引导模式。当上电复位或者软件初始化复位后，处理器采样复位配置寄存器BMODE引脚，执行引导功能。无论采取何种引导模式，都要从外部存储器设备首先读取一个10个字节的头。这个头指定将被传输的字节数量和存储器的目的地址。多存储器模块可被任何引导次序装载，一但所有模块被装载，程序从L1指令SRAM的起始部分开始执行指令。 BMODE2-0 说明 00 从外部16位存储器执行(旁路引导ROM) 01 由8位或16位Flash引导 10 保留 11 由SPI串行EEPROM引导 图3.11 SPI Flash接口 图3.12 UART接口 3.2.5.3图像采集 为满足实时图像处理中大量数据和高速数据传输要求，需借助DMA完成数据的转移任务。DMA具有独立于CPU的后台批量数据传输能力，不占用CPU的时钟周期，使CPU专注于数据的计算。为减少处理器等待时间，采用双乒乓缓冲的方式采集图像。频解码芯片ADV7183将CCD输入的模拟视频信号转化为标准的ITU-R601/656格式YCrCb 型4:2:2的数字视频信号，BF533通过高速串行外设接口PPI接收。本系统采用的算法都基于灰度图像，可通过使能PPT_CONTROL的SKIP_EN位，设置PPI接口只接受Y灰度信号，忽略Cr和Cb信号，从而节省PPI带宽。使用PPI接口的2D DMA传输方式，将视频图像信号存储到外部SDRAM的第一层视频缓冲区中。此时得到的图像分为1场和2场信号，利用DMA的数据重排功能，通过存储器DMA将第一层视频缓冲区中的图像传输到第二层乒乓视频缓冲区中，DMA源地址设置步进为2，第二层乒乓缓冲区中即得到 的图像。 图3.13 双乒乓缓冲示意图 3.2.5.4人体检测跟踪算法 系统首先使用帧差法检测教室状况，若前后两帧图像变化超过一定阈值，表明可能有人进入教室。然后采用Adaboost方法进行人体检测，若检测到有人闯入，则将警告信息传给上位机。算法流程如下图所示： 图3.14 算法流程图 1.帧差法 首先采集两幅图片，为增加图像帧差的效果，使用第N帧和第N+4帧图像进行帧差，公式为： 图像的变化为： 将图像变化 和阈值 比较。若 ，则判断图像没有变化（噪声影响），教室安全；若 ，则可能有人闯入了教室。 2.眼睛检测跟踪算法 Paul Viola和Michael Jones于2001年提出级联的Adaboost算法，其算法在速度和鲁棒性上有很大优势。Adaboost算法是一种高效的迭代算法，在大量训练样本（包括正样本和负样本）的Haar-like特征中，通过迭代选出最优秀的弱分类器，若干弱分类器组成强分类器，然后再将若干强分类器组成级联的分类器。Adaboost算法中用到P.Viola提出的基本Haar-like特征如图3.16，特征值为灰色矩形区域内的灰度值和与白色矩形区域内灰度值和之差。为快速计算Haar-like特征值，P.Viola引入了积分图，图中任意一点的（x，y）表示（1,1）到（x，y）所组成的矩形的内灰度值之和，即： 其中 是积分图， 是原始灰度图像。 积分图矩形快速计算公式为： 图3.15 积分图矩形灰度和计算 图3.16 Haar-like特征 虽然Adaboost算法的提出是为解决人脸检测问题，但是Adaboost算法是一个通用算法，在人眼检测、鼻子检测和人体检测等方面也得到了很好的应用。 3.2.5.5移植优化 本系统使用ADI公司提供的类似OpenCV的图像处理工具箱，工具箱已针对Blackfin系列处理器做了充分优化，内含图像处理任务级原件，能够加快视频分析应用的开发速度。适合视频监控、汽车视觉系统和工业视觉等应用。 Blackfin处理器采用改进的哈佛结构和分级的存储器结构。L1存储器以全速运行，没有或只有很少的延迟， 但片内SRAM的容量有限。为此我们扩展了 的SDRAM，两层乒乓存储缓冲区都置于SDRAM中，但是SDRAM读写速度相对L1存储器慢很多，所以有必要对程序和数据做优化，以充分利用片内L1存储器。ADSP-BF533通过链接描述文件（LDF）管理存储空间。 3.2.6 Zigbee模块 3.2.6.1简介 zigbee概述ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。 3.2.6.2 Zigbee cc2420电路图 图3.17 Zigbee cc2420电路图 3.2.6.3单片机与Zigbee通信程序 void main(void) { // If you are going to send data to a terminal, initialize the UART. ConsoleInit(); // Initialize the hardware - must be done before initializing ZigBee. HardwareInit(); // Initialize the ZigBee Stack.ZigBeeInit(); myStatusFlags.Val = STATUS_FLAGS_INIT; destinationAddress.Val = 0x796F; // Default to first RFD. } 3.2.7 系统软件部分 一、教室信息管理主界面 图3.18教室信息管理主界面 客户端经过Zigbee远程传送给终端，终端接收后经过串口传给计算机，计算机经过处理、统计后显示。 智能教室信息管理系统终端的功能有： 1、 统计各个教室的光照情况、温度、人数、上课情况、多媒体使用情况、安全情况，需要时统计学生个人信息。 2、 根据所传来的信息做出相应的回应，如控制灯亮灭的信号、发出报警信号等。 3、 将所传来的信息通过网页形式传至网上供教师和学生查询。 系统终端可将过程或生产中发生的事件清楚地记录、显示出来，完成参数设定、操作控制和动态画面监视的功能。它显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部或有选择地简要显示，亦可编辑、输出。可结合用户程序进行信急处理、测量值处理和报表打印。运行时，它具有很强的实时性。 具体优势及操作方法、界面介绍如下： 主界面显示各个楼的布局，通过点击进入想要查询的楼层。界面简洁、操作简单。 如点击信远则进入如下界面： 图3.19信远界面 VB做出的终端界面简洁明了、操作简单。 该界面通过表格形式形象、完整的反映了当时教室的具体情况，使用者可以很容易找到想要的信息。如上自习的学生可以容易查到没有上课而且人少的教室、教学楼管理人员也容易监控各个教室教学资源的使用情况。 若教师要考查学生上课情况则可点击学生信息栏下的“点击进入”，界面如下图所示，在该界面显示了该教室所有学生的具体信息如学号、班级、姓名以及上机、下机时间。 3.20学生信息界面 二、网页部分 使用Dreamweaver软件编写如下的网页。其显示内容与上软件相似，其功能为方便用户查询信息。首页如下： 图3.21系统网站首页 其中一栋教学楼的信息网页如下： 图3.22信远页面 参考文献 [1] 冯义飞，教室照明智能控制系统的设计与开发合肥工业大学硕士学位论文，2007,04。 [2] 张丽，基于非接触式IC卡的智能门禁系统的设计与开发，武汉理工大学，2006,04。 [3] 王海伦 叶冬芬，单片机控制的照明智能控制系统，电气时代2005年第1期。 [4] 赵本虎 赵国库，基于单片机的室内灯光控制系统设计江苏冶金，2004,10。 [5] 李林 赵国库，基于单片机的教室灯光控制系统设计，机械与电子，2004,6。 [6] 周燕覃 如贤，教室灯光智能控制系统，西南科技大学学报，2003，05 V01．20 NO．1。 [7] 陈峰.基于Blacldin DSP的数字图像处理[M]．北京:电子工业出版社，2009。 [8] Kinnaird,C．Equalization enhances RS-485 links．2004,2,P71. 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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 学校教室数量庞大，人工管理难度大。如上课临时更换教室不能即时通知，上机课刷卡需要老师督，教室白天开灯浪费电能，夜晚教室安全无法保障，还有学生最关心的上自习找不到座位等。为了实时自动获取各个教室的信息，进行统一管理信息发布，并及时对各种突发事件做出处理,项目小组设计开发了一种低能耗的基于 zigbee 技术与互联网技术的教室信息管理系统。
科学性、先进性
- 本项目结合实际需求，将现代通信技术、信息处理技术、控制 技术和计算机网络技术结合，实现对教室的有效管理。既能节省电 能，又可以通过实时发布的教室信息让同学们合理有效利用学习资 源。与已有的技术相比，该系统建立的信息采集模型，功能比较齐 全，具有友好的操作性和很好的扩展性，方便进一步开发和完善 系统采用 zigbee 网络作为主通信方式，相比于 WIFI、蓝牙网 络，有明显的价格优势、更低的功耗和相当的可靠性。Zigbee 网 络安装容易，省去了布线的麻烦。 采集数据种类多，实时性好。 监测设备可根据需要随时连接至其他联网计算机，方便夜晚 人状态教室监控需求。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂无技术转让
作品可展示的形式
- 现场演示 图片 录像 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 市场分析和经济效益预测： 基于我国学校等基础设施数量庞大的因素，因此该产品有很广阔的市场前景，若积极推广，必定产生可观的经济效益。 使用说明： 学生上自习前可以登录网站查询自习室的座位情况。在教室夜晚无人时，可远程对教室进行安全监控。 技术特点和优势： (1)利用zigbee网络组网快，可靠性高。(2)通过Internet发布信息，既方便查阅又有很高时效性。(3)教室管理进一步智能化、信息化，安全性进一步增强。 适应范围： (1)学校教学楼普遍适用。(2)系统经过微调，也可用于办公楼，写字间及医院病房的统一管理监控。 推广前景： 该系统十分符合现代低能耗低成本高安全性的理念，将会赢得市场与消费者的肯定。
同类课题研究水平概述
- 随着现代科技的飞速发展，国家在教学方面投入了大量资金，陆续建成了一 大批配备有先进教学设施、环境的中学和各类学校，各大专院校也对教学设备和 教学环境建设进行了大力度的投入，为提高教学水平和教学效率创造了良好的条 件，但随之而来的是如何管理和如何充分利用这些资源，充分发挥它应有的功能。 但目前国内类似的管理系统真正投入使用的并不多见。 近几年，国内很多大专科院校都建立了新校区，从而大力投入建设先进的教 学设备和教学环境等硬件设施。但其正在使用的管理系统几乎都只涉及成绩查询， 网上选课，图书馆管理等软件系统。对于教室和其他教学设施甚至实验室的管理 很多都停留在传统的管理阶段。虽然几乎所有的学校都采用一卡通，但几乎没有 学校真正的实现“一卡通”。最近，网上出现了很多关于学校管理的论文，但其只 能适用于某一方面，而且都没有进入试用阶段。 现在有些国内公司也做了一些各种管理的系统，但大部分都是软件系统，与 硬件结合的系统少之又少。广州广嵌电子科技有限公司提出了一种智能实验室管 理系统的解决方案，软件和硬件结合，功能也比较完善。但其只能适用于实验室， 成本特别高，而且并没有开发。现在已存在的系统有北京同立在线系统集成有限 责任公司开发了高校实验室设备管理系统，其也是针对实验室，可实现仪器设备 的授权使用、运行机时统计、仪器工况在线显示、使用日志管理、收费管理。但 其使用 GSM 无线传输，依赖无线网络，而且硬件成本也高。 国外类似系统却发展相当成熟，尤其是实验室管理系统。从全球范围的使用 情况来看，目前 LIMS 在欧美日本澳洲的发达国家实验室广泛应用，安装 LIMS 的 国外实验室已经上万家，专门经营 LIMS 产品的国外专业公司也有几十家，业绩最 突出的公司到现在为止已经有千余个应用案例。但因为知识产权和产品性价比的 问题，暂时难以在国内使用。 因此由于本系统低成本，适用范围广，智能化的特点在国内外产品中均具有 创新和竞争力。
