智能寝室

2 硬件及实现办法
　　2.1 概览
　　硬件(图1)上，本设计主要使用了载有德州仪器(Texas Instruments，下称TI)AM335x处理器的BeagleBone Black板(下称BBB)、TI CC2530板上系统组建ZigBee网络、TI CC2531 ZigBee Light Link灯板(下称ZLL)来进行开发。室内的通信使用的是标准ZigBee网络，通过BBB与互联网通信。本节下面的每一个副标题代表一个硬件部分。


　　2.2 网关
　　网关由BBB、触摸屏、CC2530节点、CC2531 USB Dongle、13.56MHz读卡器组成。网关安装在寝室门后。BBB将接入互联网，用于实现通知功能的实现和报警功能的实现。干簧管门传感器数据端会连接到BBB。触摸屏安装在BBB上，在Ubuntu下使用QT Creator创建了直观的图形界面(图3)，可以触摸控制各种功能。


　　CC2530节点将用于与室内各节点进行通信，CC2530节点通过串口与BBB连接。CC2531 USB Dongle用于控制ZLL调光灯网络及灯光的各项参数。13.56MHz读卡器安装于门外，通过串口与BBB连接，用于身份识别。开门的方式建议选用电控锁或电磁锁，但对于喜欢DIY的朋友，笔者推荐“撞击开门器”，撞击开门器由一个撞击式电磁铁(ZW32)和一个铁片组成(图4)，这个方案可以不更换寝室门锁，只需拧上一颗螺丝钉即可安装。




　　2.3 室内传感器包
　　室内传感器包由DHT11温湿度传感器、GP2Y1010AU0F空气质量传感器、两路光敏电阻、红光偏振片、红外发射器、红外热释电传感器、CC2530节点组成。室内传感器包用于检测室内的空气环境和色温，红外发射器用于对空调等电器的控制，红外热释电传感器用于防盗系统。
                               
                                                               
                               
                　　2.4 户外传感器包
　　户外传感器(图5)包由DHT11温湿度传感器、GP2Y1010AU0F空气质量传感器、雨水传感器、锂电池、太阳能板、TP4057锂电池充电模块、AMS1117降压模块、CC2530节点组成。户外传感器包用于检测寝室外的空气环境，同时检测室外是否下雨。由于户外传感器包需要长时间安装于室外，所以使用太阳能供电是个不错的选择。值得一提的是，我们巧妙地进行了防水设计，将空气质量传感器隐藏于背面，可以防止这些传感器进水。


　　2.5 床位节点
　　床位节点构造比较简单(图6)，它由矩阵键盘和CC2530节点组成。通过按下矩阵键盘上面的按键，可以实现在床头快速控制各部分的功能。
　　2.6 调光灯
　　调光灯使用了标准的ZLL灯板，相关PCB和物料表可在德州仪器网站找到。使用两路光敏电阻，但其中一路光敏电阻上加入红色滤光镜，可读取出光线中红光的强度，通过比较两路光敏传感器数值，计算出色温的大体值。
　　2.7 无线插排
　　控制饮水机、加湿器等电器开关，不一定非得改造他们。使用由电源模块、继电器和CC2530组成的无线插排可以解决这一问题。学生只需将他们按照插排上的图标插入对应孔位、将他们的开关置于开启，剩下的工作交给无线插排控制就可以了。
　　2.8 快速获得样品
　　就目前来说，快速获得成品最佳的途径就是使用3D打印技术，按照设计，对必要的部分进行了建模，通过3D打印对网关、室内传感器包、户外传感器包制作了样品。
　　3 未来、发展
　　除了统一电器控制，对未来，对智能寝室有以下期待：
　　3.1 拥有Simple Link功能的手机端
　　使用TI的Simple Link方案如CC3000，可以实现以无线的方式通过手机App将智能寝室系统加入寝室内的无线网络。这个手机端除了Smart Config功能外，还将拥有风格统一的图形界面，由于时间原因，还没有进行开发。
　　3.2 支持Apple Home Kit
　　2014 WWDC上，Apple发布了其针对智能家居市场的Home，智能寝室的手机和平板终端支持上Home Kit也是不错的选择，甚至可以引入进行语音控制，或者在智能手表上遥控控制。
　　3.3 更多的功能
　　配合雨水传感器，智能寝室系统还可以增加雨天自动收回衣架的功能。配合光线传感器和BBB互联网自校准时钟，智能寝室也可以增加窗帘控制的功能。