基于物联网的智能图书馆监控系统的设计.docx

基于物联网的智能图书馆监控系统的设计摘要:随着计算机技术的迅速发展，给各行各业都带来了许多的改变。改变了我们工作生活的方式。现如今，社会不断的发展，人们对图书馆安防保护方面要求不断的提高。本次设计的智能图书馆监控系统，所包括的防护功能有烟雾检测功能、红外检测功能、图书馆室内温湿度检测功能以及显示功能。首先，叙述了智能图书馆的研究背景及意义，且对本文研究内容与文章结构，做出具体的阐述。其次，对智能图书馆的关键技术及系统的设计进行了阐述。对智能图书馆所用的基于物联网单片机开发技术进行了具体的叙述，包括智能图书馆的功能需求及总体设计方面进行了描述。最后，本文通过分析之前图书馆防护存在的问题，来完善具体的防护功能。根据功能需求，来对系统硬件进行合理的设计。明确具体的功能，在确定硬件的选择及硬件的焊接与调试。本次研究的系统，大体达到了前期所预期目标，系统能正常运转。关键词:物联网；单片机图；书馆智能目录一、绪论1（一）研究背景及意义1（二）论文研究的内容与结构2二、基于物联网的智能图书馆系统关键技术2（一）物联网技术21物联网的定义22,物联网的体系结构33.物联网的应用4（二）智能图书馆关键技术4三、智能图书馆的系统设计5（一）智能图书馆的定义5（二）智能图书馆的功能需求5（三）智能图书馆监控系统的功能结构6（四）智能图书馆系统的总体设计6（五）系统整体结构7四、系统硬件设计8（一）烟雾及可燃气体检测模块的设计9（二）人体红外检测模块的设计10（三）温湿度检测模块的设计10（四）显示模块的设计11（五）单片机模块的设计12（六）WIFI通讯模块12五、系统测试13（一）系统测试目的13（二）系统测试结果131.温湿度传感器模块和烟雾传感器模块测试结果132 .人体红外传感器模块测试结果143 .手机端数据显示功能测试结果15总结16参考文献17致谢错误!未定义书签。一、绪论(一)研究背景及意义2023年9月10日，工业和信息化部等八部门联合印发的物联网新型基础设施建设三年行动计划(2023-2023年)1可以看出，我国要加快建设新的物联网基础设施，提升其应用能力。大力发展物联网基础设施，充分利用其在促进数字经济发展、加快传统工业转型升级中所起到的重要作用。聚焦基础较好、转型意愿强的重点产业，促进技术创新,深化重点领域应用。物联网产业快速发展，能促进经济增长，做到支持科技强国和制造强国的现代化建设。其中智慧图书馆，作为物联网产业应用发展的方向之一。此次，研究的是智慧图书馆安防方面的功能。当前，图书馆安防方面，存在较多问题。例如，当发生火灾时，传统的图书馆防护不能及时的发现，从而导致图书馆内的书籍等物品收到损坏。以及，当有人夜间靠近图书馆进行偷窃和破坏时，不能及时被发现，导致图书馆受到损失的事件频频发生。鉴于，以上存在具体的问题，为了进一步的完善图书馆防护方面的功能。使得图书馆能得到更好的保护。才选了本次课题，来进行研究。先开始对目标用户群体，进行调查。通过，调查所得出来的信息，明确之前的图书馆防护，存在的具体问题。通过，完善图书馆防护存在的问题，来设计图书馆防护相应的产品。确定了，产品的用户，以及产品所实现的功能定位，剩下的关键就是，如何实现产品的防护功能。科学技术的进步极大地改变了人们的工作和生活，各种各样智能化的产品出现在我们的工作生活中。这些，智能化的设备使我们的工作与生活，更加的便捷。改善了我们的生活品质和提高生产力。随着计算机技术不断的发展，人们对图书馆的防护需求进一步的提高。图书馆的防护正朝着信息化、便捷化、安全稳定性高的方向发展。智能图书馆主要是以图书馆为主体，依托快速发展的物联网技术、无线通信技术、智能感知等技术对图书馆相应区域的进行检测。实现信息的实时传递，各个传感器模块组成了信息化、智能化的图书馆防护功能，给用户带来了便捷化的防护体验，图书馆的安全性得到了提高。智能化的图书馆防护，简化了图书馆的防护难度，节省了大量的人力与资源。通过物联网应用技术，依托单片机处理器来控制和处理检测的信息，使得各个传感器模块组成一个紧密的整体。进而，提高智能图书馆的可靠性与稳定性。在智能图书馆环境中，使用者可以通过各个传感器以及报警器，来及时的掌握图书馆的信息情况。此次，防护系统的创新点与贡献如下。此次图书馆防护系统，设计一个WIF1通讯模块，通过该模块就可以实现把检测到的数据能实时的传输给手机端。此次，把W1F1模块当做通讯传输模块,主要是该传感器设备的通讯距离较远，能达到几十米远。这个功能的设计与实现，提高了产品的竞争力。使用者能在一定的范围内，及时的掌握图书馆内的信息，提升了用户的使用体验感。本次研究的内容也能为，以后研究此方向的人员，提供一些研究基础与研究思路。当前市场上的智能图书馆防护系统,质量参差不齐。绝大多数的防护系统，防护功能不足，导致防护的效果很差。此次，研究的智能图书馆防护系统，与之前的防护系统相比，本次研究的防护系统性价比更高，经济实惠。推广起来更加的容易，能够节省资源。再加上市场的需求，故此，研究智能图书馆的防护系统，具有很大的意义。（二）论文研究的内容与结构本文主要围绕着智能图书馆安防监控系统展开研究设计。此次，研究的图书馆智能安防系统，主要侧重的功能为图书馆防护功能。本文根据图书馆安防系统的防护需求，利用了物联网应用技术和无线通讯技术，构造出了智能图书馆安防系统的总体框架。从功能上主要分为，人体红外传感器，在图书馆夜间闭馆时，当有人靠近到图书馆一定距离时，传感器把检测到的信息，传输给单片机进行信息数据的处理，之后蜂鸣器报警，对值班人员起到警示作用；MQ-2烟雾传感器，在图书馆储藏室内以及图书阅览室内检测烟雾的信息。当检测到的烟雾浓度或可燃气体的浓度达到一定浓度时，把检测到的信息及时传输给单片机处理器，之后在传输给蜂鸣器。温湿度传感器，把检测到的温湿度信息传输给单片机，当检测到的温湿度超过预设值时，把信号及时传给蜂鸣器，给值班人员起到警示的作用。显示模块，把对应的传感器所检测到的信息显示到液晶屏上。蜂鸣器传感器模块，把单片机传来的信号及时处理，进行讯响处理起到警示作用。W1F1模块，把硬件检测的信息传给手机端，实现无线通讯。二'基于物联网的智能图书馆系统关键技术（一）物联网技术1 .物联网的定义物联网，物物相连的互联网。物联网可以定义为：把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化辨识、运作与管理功能的网络。其次，物联网的全面感知是每时每刻地对被检测物体进行信息收集和信息处理，主要用到的技术种类有物联网智能感知技术、RF1D技术、无线通讯技术。物联网是一种集成的多种感知技术，其应用过程中，需要各种技术相互配合来实现具体的检测功能。物联网是一种以互联网为基础的网络，能够适应各种网络和通信协议，确保信息准确、及时的传输。作为互联网的一个分支，物联网也遵循传统的通信协议。采用相应的软硬件通信体系，将各种网络有机地结合起来，准确及时地传递所获取目标的感知信息。物联网将智能感知技术和信息处理技术相融合，再通过无线信息通讯技术，以及结合云计算及各种前沿智能科技，进一步扩充了物联网技术的应用领域。2 .物联网的体系结构物联网主要应用于智慧城市管理、智能数字家庭服务、以RFID为基础的智慧数字医疗、通过成千上万的传感器节点和低空探测传感节点所组成的防入侵安全保护系统。其覆盖应用领域涉及国家民生的各个方面。解决好信息安全技术，是物联网发展面临的迫切问题。物联网的作用，能确保对环境监测可以起到全面的感知能力和具有高速的处理能力。公认物联网的体系构造为三层，分别为感知层、网络层、应用层。这三个层次，每个体系层的职能不同，所起到的作用也不相同2。感知层：物联网感知层是通过各种传感器、RFID、GPS等感知技术，通过相应的技术手段用来收集与检测环境信息。本层是运用传感器设备，通过感知技术来对相应区域的信息进行实时的监控，本层也接受上一层传输过来的控制信息。网络层：网络层的主要作用是把最下层感知层感知到的物理信息数据高效率、安全的、进行数据传递。网络层需要解决的主要问题是第一层所感知到的数据在一定范围内，特别是远距离信息的传输问题。应用层：应用层是物联网的核心处理层，是极其重要的一层。应用层的主要作用是把感知和传输来的信息进行分析和整理，最终做出正确的处理，这一层解决的是信息处理的问题。物联网具有实时性和交互性的特点，使得物联网无处不在。智能图书馆是物联网技术在图书馆智能安防领域实际应用和不断发展的最终产物。图书馆信息感知技术，是通过RFID等智能感知技术，在任何时刻，具体的检测位置来对智能图书馆相应物理信息进行数据收集3。3 .物联网的应用物联网技术的快速发展，得益于物联网广阔的应用领域。物联网应用是以底层的感知传输器技术为基础，中层通过网络传输层构成了数据传输，上层是单片机处理完信息后,通过前端或者别的形式所展现给使用者具体信息功能的应用层。物联网应用领域覆盖了智慧家居、智慧医疗、智慧交通、智慧农业、智能物流、智能安防、智能制造等领域，几乎覆盖了各行各业，其物联网应用模式正日益趋向成熟和稳定。物联网产业的快速发展，推动了国民经济的发展，使国民的生活质量得到了提高，同时推动了物联网产业链上下游的产业发展，带动了相关计算机科技的发展。作为战略新兴产业中的一个关键环节，物联网产业对促进经济转型起到了积极的促进作用。在场馆安防等应用领域已取得显著效果；在电力行业的应用正在逐步拓展；在交通领域，正在发挥着重要的作用；在物流领域，监测应用正在广泛推广；在医疗领域，远程医疗等应用日趋成熟4。（二）智能图书馆关键技术本项目关键技术主要用到以下几种。第一种，智能感知技术，传感器作为信息获取的重要设备。各种传感器是可以感受到规定的被测量并按一定规律转为可用输出讯号的电子器件或装置的总称。通过各种传感器，来获取所需要的物理信息，在图书馆相应的位置进行数据的实时收集。主要对图书馆的烟雾信息、图书储藏室以及阅览室的温湿度、以及夜间闭馆时，有人靠近图书馆等信息数据进行检测，来达到预期设计的图书馆防护效果。相应的传感器，可以及时的获得这些图书馆的数据信息，这对图书馆的安全防护是非常重要的。各种传感器可以用于采集各种图书馆需要的物理要素数据。第二种，无线通信技术为主的信息传输技术，该技术在嵌入式物联网开发以及其它领域都有广阔的应用前景。无线通信是指利用电磁波信号能够在自由空间中传播的基本特性进行数据信息交换的一种通信形式5。现如今，进入5G时代无线通讯技术得到了快速的发展。第三种，嵌入式开发技术，本智能图书馆系统的设计。结合软硬件开发，软件就是代码部分，硬件就是单片机和传感器。通过对智能图书馆功能的需求分析，在利用A1tiUmDeSigner软件，来对系统的电路进行设计，设计完电路后。在通过对硬件单片机以及传感器等硬件器件工作原理的了解，在合理的通过KEI1软件进行代码编程。最后在进行硬件电路的焊接。三、智能图书馆的系统设计（一）智能图书馆的定义智能图书馆安防系统，融合物联网智能感知技术、无线网络通讯技术、嵌入式技术于一体。根据用户需要的检测数据，把相应的传感器放在恰当的检测位置，对需要检测的位置实施实时的安全防护检测。通过无线通讯网络把众多的传感器所获取的物理数据信息，及时、准确、高效、安全的传输给应用层进行处理和控制。以无线通讯网络为纽带，就可以随时随地的掌握图书馆内的各种信息，能实现对图书馆智能设备远程控制。与传统图书馆防护相比，智能图书馆不仅能提供给阅读学习者舒适的阅读体验生活空间，更能带给工作人员便捷的工作体验。把图书馆环境由原来静止结构转变为具有动态智慧化的数据环境，提供更加