为学生和老师设计的智能系统

描述

背景

该项目是为带学生进行实地考察的监护人和老师设计的，如果有孩子离开小组太远并且没有及时回到他们的公共汽车上，他们会通知他们。

在从小学到高中的过程中，无论是在旅行开始之前还是在每个人都在一天的乐趣后到达公共汽车之后，都有多种策略来考勤。成人使用的方法包括手动进入每个座位并数人头，分配公共汽车座位（这对孩子们来说可能是一把双刃剑），给每个学生一个他们必须按顺序喊出的数字（导致多次重复当一个人没有注意时），或者只是做老式的“点名”出席。每种方法都有其优点和缺点，但从经验来看，它们都往往需要很长时间才能进行，导致双方都受挫。

 

没有孩子掉队。

 

基本应用

我们的项目通过使考勤系统完全自动化和电子化来解决这个问题。每个学生在旅行开始前都被分配了一个可穿戴设备（正在开发中），可以是别针、钥匙链或手镯，并带有一个分配给他们名字的唯一 ID，称为 Range Badge (RB)。陪同和监督学生的教师和监护人将获得一个带有 LCD 屏幕的设备，称为 Master Location Dashboard (MLD)，为每个学生显示两个数字：顶部的数字代表来自学生的 RB 和底部的数字是主设备接收来自可穿戴设备的信号所需的时间，以毫秒为单位。如果学生在 MLD 范围内，则数字周围的外环将为绿色。如果 MLD 就在附近，则环为黄色，如果 MLD 没有从学生的 RB 接收到强信号，则环为红色，如果学生完全超出范围，等待 10 秒以确保没有出现错误时，LCD 屏幕上将显示闪烁的警报消息以及消息“丢失：*学生姓名*”。这将通知该成年人该特定学生已经失踪或已远离该组，以至于他/她与 MLD 失去联系，使他们能够采取行动并立即找到丢失的学生。LCD 屏幕上将显示一条闪烁的警报消息以及“丢失：*学生姓名*”消息。这将通知该成年人该特定学生已经失踪或已远离该组，以至于他/她与 MLD 失去联系，使他们能够采取行动并立即找到丢失的学生。LCD 屏幕上将显示一条闪烁的警报消息以及“丢失：*学生姓名*”消息。这将通知该成年人该特定学生已经失踪或已远离该组，以至于他/她与 MLD 失去联系，使他们能够采取行动并立即找到丢失的学生。

 

 

 

 

 

1 / 7 •监控

 

成分

以下是上面列出的组件的图像。

 

 

 

 

 

1 / 7 •系统的基本部分

 

ESPNow

ESPNow网络将协议定义为

ESP-NOW 是由 Espressif 开发的另一种协议，它使多个设备能够在不使用 Wi-Fi 的情况下相互通信。该协议类似于无线鼠标中经常部署的低功耗 2.4GHz 无线连接。因此，设备之间的配对需要在它们通信之前进行。配对完成后，连接安全且点对点，无需握手

该协议专为低范围、快速数据传输而设计。该协议易于使用。我们能够利用其透明连接到显示为 AP 的设备的独特特性。我们正在实施一种单向通信。我们期待扩展我们的实现以允许主从之间的双重通信。

范围徽章设备

Range Badge (RB) 设备针对每个客户进行个性化设置，并以 SSID 格式发送编码信息（请参阅下一个会话）。MLD 设备识别 RB 设备并开始侦听来自主设备的任何消息。

该程序非常简单，如代码部分所示。我们正在开发一个允许向 MLD 发送信息的版本，例如 FIND ME 消息或 NEED HELP 消息。

主位置仪表板

Master Location Dashboard (MLD) 是一种跟踪 Range Badge (RB) 设备的设备。该设备管理每个连接的设备的通信、图形界面、用户输入和日志数据。

设备会定期启动网络扫描以查找与 SSID 格式匹配的新 RB 设备。找到的设备在 ESPNow 堆栈上注册为对等设备（如果尚未完成）。MLD 向对等方发送状态消息，并跟踪确认以及获得它所需的时间。程序每次扫描网络时都会获取RSSI值，该值决定了每个RB设备的不同警告级别。

该程序在内部控制多达 20 台设备，在屏幕上控制多达 15 台设备。它通过验证其 SSID 格式与自定义字符串匹配来跟踪所有连接的设备。SSID 格式为

TOURNAME:COSTUMERNAME:MAC_ADDRESS

其中 TOURNAME 不超过 6 个字符，COSTUMERNAME 最多 5 个字符，MAC_ADDRESS 是一个六元组值。

图形界面支持触摸屏输入，最多可显示 15 个设备。它允许用户选择一个设备并显示 MAC 地址、分配的客户名称和旅游名称。

最后，程序会在任何设备失去连接的情况下发出警报，并显示 RB 的客户名称。

它使用 SD 卡将数据记录到两个不同的文件中。

• DataRSSI 文件包含 ESPNow 通道中 AP 设备的 RSSI 值。
• DataPing 文件包含每个发送的数据包的数据包延迟确认时间。

演示

• 连接

• 用户指南

• 测试

数据日志

主位置仪表板保留每个范围徽章接收到的连接数据的临时记录。

以下是 DataRSSI_30.vis 文件的示例。该数字显示系统跟踪的顺序唯一 ID 号。

该文件显示状态、客户名称、mac 地址、RSSI 和自程序在范围标记中启动以来的时间（以微秒为单位）。

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 文件内容如下所示。此文件显示确认状态、客户名称、MAC 地址以及返回确认所用的时间。

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

结论

该系统的范围约为 100 英尺，视线清晰，室内 60 英尺，有墙壁和障碍物。我们尝试使用 RFM69HW 芯片，它为我们提供了与 ESP 芯片相同的范围。然后我们尝试使用 LoRa Lopy 4 设备，这一次范围大大增加，达到大约 1/4 英里。问题是天线的尺寸。在未来的版本中，我们将使用这些设备来实现更广泛的邻域范围。

感谢您的阅读。

未来使用

我们可以看到该系统在学校中的使用类似于在某些学校中，每个学生都被分配了一个电子设备，他们可以在课堂上使用，甚至可以带回家。每年年初，学生都会获得一个 RB，其姓名分配给该特定 RB 的 ID。RB 可以留在教室里，直到实地考察的那一天，当它们被分发给学生并在登上校车之前进行测试时。学年结束后，RB 会被重置并重新分配给明年年初的新生，使它们可以为子孙后代重复使用。