《 物联网技术导论》 应用设计报
告
__基于ZigBee技术的教室座位查询系
统
基于ZigBee技术的教室座位查询系统摘要：为改变高校大学生“自习难”的现状，本文提出一种基于ZigBee无线技术的教室座位查询系统。
该系统通过压力传感器技术、微处理器技术和无线通信技术的融合，实现压力信号的采集和传输，开发的嵌入式系统即时采集教室情况并把信息通过协议转接移动网络发到手机上，学生可以通过手机随时随地查询自习教室人数，节省大量时间。
该系统操作简单，在各类高校具有广阔的应用前景。
关键词：自习室座位查询 ZigBee无线技术 无线传感网络 移动网络
或许很多同学都有过这样的经历,经常为找自习室而焦头烂额，有时走遍整个校园都无功而返，只好垂头丧气的走回宿舍。
既浪费时间，
又浪费精力，还使我们的学习效率下降。
“自习难”的问题日益凸显，解决自习室座位查询问题已迫在眉睫。
通过智能实时的教室资源管理平台，同学们可以利用自己的手机在线查询自习教室，随时得知此教室目前有没有课，自习人数有多少以及有无空座位，让学生在宿舍就可以轻松掌握全校所有教室的情况，就近安排今晚去哪上自习，提高教室资源的利用率和使用便捷度。
一、作品设计目标
本文为解决高校大学生“自习难”问题，提出的基于ZigBee无线技术的自习教室座位查询系统采用星型网络结构，由多个无线压力传感器节点和一个中心节点构成。
同学们利用自己的手机就可以实现随时随地查询全校没有课程的空教室用以自习，不用亲自跑到教室门口查看纸质课表，提高教室资源的利用率，同时提高学生的自习效率。
二、相关现状分析
在国内，很多高校类似产品都已投入使用，以下是部分高校使用类似的系统及其特点：
表1 部分高校自习室查询系统
高校系统功能特点
清华大学自习室查询基于互联网平台数据库技术
华中科技大学自习室查询；
短信课表
基于互联网平台
数据库技术
移动通信技术
东北电力大学查课程时间、地点；
查询空闲教室；
查个人课表
数据库技术
触摸屏一体终端机
北京交通大学教室使用状况查询基于互联网平台数据库技术
中国海洋大学多媒体教室查询不详
河北大学教室借用
自习室查询
基于互联网平台
数据库技术
从上表可以看出，目前此类功能的系统在高校中有很大的需求市场。
这些系统大多是基于互联网平台的，只能通过电脑上网查看，功能大多只是查询自习室，这其中并没有考虑到教室的借用以及教室自习人数已满等情况，因此仍会带来不必要的麻烦。
另外这种查询方式只能通过上网根据特定网站查询自习室，对于一部分同学仍会存在多种不便。
而东北电力大学的触摸屏一体终端机虽然比其他高校系统方便快捷，但也有一定的缺陷，比如学生必须跑到教室外的终端机旁才能查询，如果遇到自习高峰期，就会造成大批学生因等待排队而浪费宝贵的时间，更或者遇到恶劣的天气，学生必须要到教学楼下才能查到有没有空闲自习室，如果这个教学楼没有，则必须跑到另外的教学楼，同样耗费时间与精力。
因此自习教室座位智能查询系统仍需进一步完善并具有一定的研究价值。
3、 总体设计方案
本文提出的基于ZigBee无线技术的自习教室座位查询系统采用星型网络结构，由多个无线压力传感器节点和一个中心节点构成，如图1所示。
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无线接收模块
微处理器控制模块
手机通信模块
电
源
模
块
N个
无线压力传感器节点
无线压力传感器节点
图1 系统结构框图
每一个无线压力传感器节点由压力传感器模块、处理器模块、天线模块、电源模块、功率放大模块和时钟模块等组成。
中心节点是整个系统的核心控制单元，由无线接收模块、微处理器控制模块、LED显示模块和电源模块构成。
通信部分采用ZigBee无线网络协议。
整个系统具有低功耗、低成本、短时延、大容量等特点。
4、 技术方案与分析
（1） 无线压力传感器节点设计
首先，在每个教室每个座位下方安装无线压力传感器，当有人坐在该位置时，压力传感器采集压力信号，并将此信号无线传输至中心节点。
（2） 中心节点设计
中心节点的无线接收模块收到信号后送至微处理器控制模块，经A/D 转换,微处理器控制模块将收到的信号数值存储起来，带收集、处理完ZigBee网络内所有无线传感器节点的压力信息后，微处理器控制模块将汇总后的数据信息通过网页显示。
整个系统每隔1分钟归零重置，以此达到准确、实时统计并显示座位信息的目的。
（3） 无线接收模块设计
1 ZigBee简介
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4 标准的无线协议,主要应用于低通信速率,低功耗设备的组网,支持250kbit/s的数据传输速率,可以实现一点对多点的快速组网。
ZigBee技术的主要有省电、可靠、成本低、时延短、网络容量大、安全等特点。
完整的ZigBee协议栈由物理层、介质访问控制层、网络层、安全层和应用层组成。
IEEE 802.15.4定义了物理层和介质访问控制层协议,网络层和安全层由 ZigBee 联盟制定, 应用层根据用户自己需要,对其进行开发利用。
无线通信技术上,采用免冲突多载波信道接入(CSMA-CA)方式避免了无线电载波之间冲突。
此外,为保证传输数据的可靠性,建立了完整的应答通信协议。
ZigBee设备为低功耗设备,其发射输出功率为3.6dBm,通信距离为30~70m,具有能量检测和链路质量指示能力,根据这些检测结果,设备可以自动调整发射功率, 在保证通信链路质量的条件下,最低限度地消耗设备能量。
在组网性能上, ZigBee 可以构造为星形网络或者点对点对等网络。
在每一个ZigBee组成的无线网络中, 连接地址码分为16bit短地址码或者64bit长地址码,具有较大的网络容量。
2 ZigBee组建节点网络
在每个教室安装Zigbee节点，每个节点与传感器相连，再把所有的节点组在一个网络中，开启传输数据信号功能。
开发一个基于ARM的嵌入式处理系统，接收网络中所有节点的信息，分析计算每个教室在不同情况应该采取的方法，并且保证该系统的稳定性，能处理各个节点的信息，并且学生可以利用手机通过一个简单网页了解全校每个教室的情况。
利用Zigbee技术来组建网络，实现实时统计教室人数的功能，为实现物联网打下基础。
通过手机随时随地了解全校每间教室自习情况，节省大量人力物力，方便可靠。
（4） 手机通信实时查询
要保证Zigbee网络可以随时被手机访问，需要给手机编一个专用软件，在此可采用JAVA编写智能手机软件，可以随时查询Zigbee网络节点情况。
随着Zigbee传送数据的增大，甚至可以具备3G手机视频等大信息量的通信功能。
5、 作品优势与应用前景
（1） 作品优势
教室座位查询系统利用无线压力传感器采集信号，Zigbee技术组建节点网络，每个节点接受传感器的反馈信号，嵌入式系统可以即时采集教室情况，并且可以把信息通过协议转接移动网络发到手机上，手机端通过移动网络与Zigbee网络相连，学生便可随时随地了解自习教室的具体情况，避免了学生开电脑或跑到教学楼找空闲教室的麻烦。
该作品与现有产品比较，更加经济可靠、方便快捷，更加人性化，专业化。
（2） 作品应用前景
目前各类高校教室不仅承担着繁重的教学任务，而且会不定时的举办各类大大小小的活动，学生“自习难”的现象日益加重。
而本作品可实现手机在线查询教室座位使用功能，让学生在宿舍就可掌握全校自习教室的情况，节省了宝贵的时间。
而且采用ZigBee无线传感网络技术，使整个系统更加经济、方便，具有广阔的应用前景。