為學(xué)生和老師設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)

描述

背景

該項(xiàng)目是為帶學(xué)生進(jìn)行實(shí)地考察的監(jiān)護(hù)人和老師設(shè)計(jì)的，如果有孩子離開(kāi)小組太遠(yuǎn)并且沒(méi)有及時(shí)回到他們的公共汽車上，他們會(huì)通知他們。

在從小學(xué)到高中的過(guò)程中，無(wú)論是在旅行開(kāi)始之前還是在每個(gè)人都在一天的樂(lè)趣后到達(dá)公共汽車之后，都有多種策略來(lái)考勤。成人使用的方法包括手動(dòng)進(jìn)入每個(gè)座位并數(shù)人頭，分配公共汽車座位（這對(duì)孩子們來(lái)說(shuō)可能是一把雙刃劍），給每個(gè)學(xué)生一個(gè)他們必須按順序喊出的數(shù)字（導(dǎo)致多次重復(fù)當(dāng)一個(gè)人沒(méi)有注意時(shí)），或者只是做老式的“點(diǎn)名”出席。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，它們都往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)行，導(dǎo)致雙方都受挫。

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沒(méi)有孩子掉隊(duì)。

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基本應(yīng)用

我們的項(xiàng)目通過(guò)使考勤系統(tǒng)完全自動(dòng)化和電子化來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。每個(gè)學(xué)生在旅行開(kāi)始前都被分配了一個(gè)可穿戴設(shè)備（正在開(kāi)發(fā)中），可以是別針、鑰匙鏈或手鐲，并帶有一個(gè)分配給他們名字的唯一 ID，稱為 Range Badge (RB)。陪同和監(jiān)督學(xué)生的教師和監(jiān)護(hù)人將獲得一個(gè)帶有 LCD 屏幕的設(shè)備，稱為 Master Location Dashboard (MLD)，為每個(gè)學(xué)生顯示兩個(gè)數(shù)字：頂部的數(shù)字代表來(lái)自學(xué)生的 RB 和底部的數(shù)字是主設(shè)備接收來(lái)自可穿戴設(shè)備的信號(hào)所需的時(shí)間，以毫秒為單位。如果學(xué)生在 MLD 范圍內(nèi)，則數(shù)字周圍的外環(huán)將為綠色。如果 MLD 就在附近，則環(huán)為黃色，如果 MLD 沒(méi)有從學(xué)生的 RB 接收到強(qiáng)信號(hào)，則環(huán)為紅色，如果學(xué)生完全超出范圍，等待 10 秒以確保沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，LCD 屏幕上將顯示閃爍的警報(bào)消息以及消息“丟失：*學(xué)生姓名*”。這將通知該成年人該特定學(xué)生已經(jīng)失蹤或已遠(yuǎn)離該組，以至于他/她與 MLD 失去聯(lián)系，使他們能夠采取行動(dòng)并立即找到丟失的學(xué)生。LCD 屏幕上將顯示一條閃爍的警報(bào)消息以及“丟失：*學(xué)生姓名*”消息。這將通知該成年人該特定學(xué)生已經(jīng)失蹤或已遠(yuǎn)離該組，以至于他/她與 MLD 失去聯(lián)系，使他們能夠采取行動(dòng)并立即找到丟失的學(xué)生。LCD 屏幕上將顯示一條閃爍的警報(bào)消息以及“丟失：*學(xué)生姓名*”消息。這將通知該成年人該特定學(xué)生已經(jīng)失蹤或已遠(yuǎn)離該組，以至于他/她與 MLD 失去聯(lián)系，使他們能夠采取行動(dòng)并立即找到丟失的學(xué)生。

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1 / 7 ?監(jiān)控

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成分

以下是上面列出的組件的圖像。

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1 / 7 ?系統(tǒng)的基本部分

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ESPNow

ESPNow網(wǎng)絡(luò)將協(xié)議定義為

ESP-NOW 是由 Espressif 開(kāi)發(fā)的另一種協(xié)議，它使多個(gè)設(shè)備能夠在不使用 Wi-Fi 的情況下相互通信。該協(xié)議類似于無(wú)線鼠標(biāo)中經(jīng)常部署的低功耗 2.4GHz 無(wú)線連接。因此，設(shè)備之間的配對(duì)需要在它們通信之前進(jìn)行。配對(duì)完成后，連接安全且點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，無(wú)需握手

該協(xié)議專為低范圍、快速數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)。該協(xié)議易于使用。我們能夠利用其透明連接到顯示為 AP 的設(shè)備的獨(dú)特特性。我們正在實(shí)施一種單向通信。我們期待擴(kuò)展我們的實(shí)現(xiàn)以允許主從之間的雙重通信。

范圍徽章設(shè)備

Range Badge (RB) 設(shè)備針對(duì)每個(gè)客戶進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，并以 SSID 格式發(fā)送編碼信息（請(qǐng)參閱下一個(gè)會(huì)話）。MLD 設(shè)備識(shí)別 RB 設(shè)備并開(kāi)始偵聽(tīng)來(lái)自主設(shè)備的任何消息。

該程序非常簡(jiǎn)單，如代碼部分所示。我們正在開(kāi)發(fā)一個(gè)允許向 MLD 發(fā)送信息的版本，例如 FIND ME 消息或 NEED HELP 消息。

主位置儀表板

Master Location Dashboard (MLD) 是一種跟蹤 Range Badge (RB) 設(shè)備的設(shè)備。該設(shè)備管理每個(gè)連接的設(shè)備的通信、圖形界面、用戶輸入和日志數(shù)據(jù)。

設(shè)備會(huì)定期啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)掃描以查找與 SSID 格式匹配的新 RB 設(shè)備。找到的設(shè)備在 ESPNow 堆棧上注冊(cè)為對(duì)等設(shè)備（如果尚未完成）。MLD 向?qū)Φ确桨l(fā)送狀態(tài)消息，并跟蹤確認(rèn)以及獲得它所需的時(shí)間。程序每次掃描網(wǎng)絡(luò)時(shí)都會(huì)獲取RSSI值，該值決定了每個(gè)RB設(shè)備的不同警告級(jí)別。

該程序在內(nèi)部控制多達(dá) 20 臺(tái)設(shè)備，在屏幕上控制多達(dá) 15 臺(tái)設(shè)備。它通過(guò)驗(yàn)證其 SSID 格式與自定義字符串匹配來(lái)跟蹤所有連接的設(shè)備。SSID 格式為

TOURNAME:COSTUMERNAME:MAC_ADDRESS

其中 TOURNAME 不超過(guò) 6 個(gè)字符，COSTUMERNAME 最多 5 個(gè)字符，MAC_ADDRESS 是一個(gè)六元組值。

圖形界面支持觸摸屏輸入，最多可顯示 15 個(gè)設(shè)備。它允許用戶選擇一個(gè)設(shè)備并顯示 MAC 地址、分配的客戶名稱和旅游名稱。

最后，程序會(huì)在任何設(shè)備失去連接的情況下發(fā)出警報(bào)，并顯示 RB 的客戶名稱。

它使用 SD 卡將數(shù)據(jù)記錄到兩個(gè)不同的文件中。

• DataRSSI 文件包含 ESPNow 通道中 AP 設(shè)備的 RSSI 值。
• DataPing 文件包含每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)包延遲確認(rèn)時(shí)間。

演示

• 連接

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• 用戶指南

• 測(cè)試

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數(shù)據(jù)日志

主位置儀表板保留每個(gè)范圍徽章接收到的連接數(shù)據(jù)的臨時(shí)記錄。

以下是 DataRSSI_30.vis 文件的示例。該數(shù)字顯示系統(tǒng)跟蹤的順序唯一 ID 號(hào)。

該文件顯示狀態(tài)、客戶名稱、mac 地址、RSSI 和自程序在范圍標(biāo)記中啟動(dòng)以來(lái)的時(shí)間（以微秒為單位）。

Status : Here Bill 18:FE:34:D3:87:96 -26 778454
Status : Here Mike 5C:CF:7F:00:7B:93 -31 778458
Status : Here Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -37 778462
Status : Here Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -43 778466
Status : Here Linda 5C:CF:7F:01:60:43 -44 778471
Status : Close Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -66 778475
Status : Close Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -69 778479
Status : Here April 18:FE:34:D3:87:A7 -38 782058
Status : Here Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -39 782063
Status : Here Mike 5C:CF:7F:00:7B:93 -43 782067
Status : Close Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -57 782074
Status : Far Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -76 782078
Status : Close April 18:FE:34:D3:87:A7 -47 785653
Status : Close Mike 5C:CF:7F:00:7B:93 -55 785658
Status : Close Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -58 785662
Status : Close Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -64 785666
Status : Close Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -64 785670
Status : Close Chap1 5C:CF:7F:88:EE:95 -65 785674
Status : Far Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -73 785678
Status : Here Bill 18:FE:34:D3:87:96 -43 789271
Status : Close Linda 5C:CF:7F:01:60:43 -49 789278
Status : Close Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -54 789282
Status : Close Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -54 789286
Status : Close April 18:FE:34:D3:87:A7 -57 789291
Status : Close Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -62 789295
Status : Close Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -63 789299
Status : Close Chap1 5C:CF:7F:88:EE:95 -65 789303
Status : Close Bill 18:FE:34:D3:87:96 -58 792874
Status : Close Linda 5C:CF:7F:01:60:43 -60 792878
Status : Close Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -66 792882
Status : Close Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -68 792889
Status : Far Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -72 792893
Status : Far Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -75 792897
Status : Close April 18:FE:34:D3:87:A7 -54 796479
Status : Close Mike 5C:CF:7F:00:7B:93 -55 796483
Status : Close Linda 5C:CF:7F:01:60:43 -57 796487
Status : Close Bill 18:FE:34:D3:87:96 -58 796491
Status : Close Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -59 796495
Status : Close Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -64 796499
Status : Far Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -75 796504
Status : Far Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -79 796508
Status : Close Bill 18:FE:34:D3:87:96 -57 800084
Status : Close Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -63 800088
Status : Close Mike 5C:CF:7F:00:7B:93 -64 800092
Status : Close Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -65 800096
Status : Close April 18:FE:34:D3:87:A7 -67 800101
Status : Far Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -79 800105
Status : Far Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -86 800109
Status : Far Chap1 5C:CF:7F:88:EE:95 -92 800113

DataPing_30.vis 文件內(nèi)容如下所示。此文件顯示確認(rèn)狀態(tài)、客戶名稱、MAC 地址以及返回確認(rèn)所用的時(shí)間。

Received Failed Chap2 18:FE:34:D3:85:F2 -61 2
Received OK April 18:FE:34:D3:87:A7 -56 109
Received Failed Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -74 79
Received Failed Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -88 114
Received Failed Bill 18:FE:34:D3:87:96 -66 115
Received Failed Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -74 76
Received Failed Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -88 95
Received OK Chap1 5C:CF:7F:88:EE:95 -86 107
Received Failed Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -50 111
Received Failed April 18:FE:34:D3:87:A7 -56 134
Received OK Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -74 71
Received OK Chap1 5C:CF:7F:88:EE:95 -86 95
Received OK Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -50 62
Received OK Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -74 114
Received OK Steph 30:AE:A4:1A:5B:E4 -88 123
Received Failed Chap1 5C:CF:7F:88:EE:95 -86 153
Received OK Qing 5C:CF:7F:88:C4:5A -50 116
Received Failed Liz 30:AE:A4:20:A0:F8 -70 20

結(jié)論

該系統(tǒng)的范圍約為 100 英尺，視線清晰，室內(nèi) 60 英尺，有墻壁和障礙物。我們嘗試使用 RFM69HW 芯片，它為我們提供了與 ESP 芯片相同的范圍。然后我們嘗試使用 LoRa Lopy 4 設(shè)備，這一次范圍大大增加，達(dá)到大約 1/4 英里。問(wèn)題是天線的尺寸。在未來(lái)的版本中，我們將使用這些設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)更廣泛的鄰域范圍。

感謝您的閱讀。

未來(lái)使用

我們可以看到該系統(tǒng)在學(xué)校中的使用類似于在某些學(xué)校中，每個(gè)學(xué)生都被分配了一個(gè)電子設(shè)備，他們可以在課堂上使用，甚至可以帶回家。每年年初，學(xué)生都會(huì)獲得一個(gè) RB，其姓名分配給該特定 RB 的 ID。RB 可以留在教室里，直到實(shí)地考察的那一天，當(dāng)它們被分發(fā)給學(xué)生并在登上校車之前進(jìn)行測(cè)試時(shí)。學(xué)年結(jié)束后，RB 會(huì)被重置并重新分配給明年年初的新生，使它們可以為子孫后代重復(fù)使用。