接娃神器——一种基于Arduino与物联网的接送报告系统 简单

常州市华润小学

摘 要：

随着各小学推出“5+2”课后服务，放学时天色已晚，需要父母来接小学生回家。为确保每一位小学生都被家长及时、安全地接走，家长需要在接到孩子时，在班级群里说一声已经接到孩子了。而父母没有时间，由爷爷奶奶、外公外婆来接孩子，他们很多人不会用智能手机，导致无法第一时间告知老师，老师也无法实时获得孩子是否已经被家长安全地接到，造成了安全隐患。同时，课后延时服务，兴趣类课程大多数是合班上课，一个班近50多人。要清楚记得、快速统计哪些孩子被安全接走、哪些还没有，给老师也造成了很多不便。接娃神器，是一种基于Arduino与物联网的接送报告系统。本系统使用RFID模块读卡，SIM模块物联网实时上传数据，长辈只需刷卡，或者登录指定网站签到，教师便可实时获取信息，还可规定哪些人可以接孩子，代接问题也相应解决。本项目成本较为低廉，能够普遍推广以解决遇到的问题，符合市场需求，具有较强的现实意义。

关键词：“5+2”课后服务；放学；RFID；物联网；Arduino；

1. 研究背景和目的：

小学生接送上下学的安全问题，一直是家长、学校乃至全社会关注的焦点问题。学校里小学生由于数量多，年龄小，各方面还不成熟，在自觉性方面的也有欠缺，导致确认每一位小学生放学是否被家长及时、安全接走一直是学校老师花时间费精力的事情。因此，实时查看学生的接走状态作为保障学生安全的一项措施，发挥着极其重要的作用。

随着各小学推出“5+2”课后服务，放学时天色已晚，需要父母来接小学生回家。为确保每一位小学生都被家长及时、安全地接走，家长需要在接到孩子时，在班级群里说一声已经接到孩子了。而父母没有时间，由爷爷奶奶、外公外婆来接孩子，他们很多人不会用智能手机，导致无法第一时间告知老师，老师也无法实时获得孩子是否已经被家长安全地接到，造成了安全隐患。同时，课后延时服务，兴趣类课程大多数是合班上课，一个班近50多人。要清楚记得、快速统计哪些孩子被安全接走、哪些还没有，给老师也造成了很多不便。

小学生放学，目前一般都是由学校统一安排，各班级作为一个单位，分班级和时间到达指定地点等待家长，但是由于小学生本身年龄小，心智还未成熟，不能保证一定安全可靠。为了有效的预防学生走失、放学途中发生交通事故等造成的安全隐患，于是设计本项目。

为了研制符合需求的接娃神器，项目组同学查阅相关的资料、文献，深入的了解和分析，最后我们发现，可以根据门禁卡刷卡、将数据通过物联网实时上报的思路，设计家长持接娃神器，与学生的校卡（IC卡）之间一对一绑定，以达到实时检测、低成本高安全性的功能需求。

接娃神器主要是针对老年人接孩子，不太会使用智能手机完成接到孩子签到打卡而设计。基于IC读卡系统，学生随身携带的校卡（IC卡），家长携带接娃神器，当家长成功接到学生后刷一下学生的校卡，Arduino主板会将获取到的数据经SIM模块连同设备ID一同发往物联网云端。网页上的状态实时更新为已被接走，这样更方便老师查看学生状态，杜绝走失情况的出现，大大的保障了小学生放学的安全性。

其他父母来接孩子，可以直接使用签到打卡网站签到打卡，0成本完成签到打卡。

接娃神器有效避免了使用签到机在校门口，学生自己刷卡带来的安全隐患，同时还可规定哪些人可以接孩子，代接问题也相应解决。本项目成本较为低廉，能够普遍推广以解决遇到的问题，符合市场需求，具有较强的现实意义，适合作为签到打卡网站的一种补充。

2. 实验方案与原理

基本功能：

1、通过RFID模块识别读取IC卡；

2、通过蜂鸣器确认读取的卡片是否正确；

3、通过SIM通信模块实时监控信息并上传数据更新网页；

图1：系统架构

3. 主体硬件介绍

3.1 Arduino Mega2560

Arduino既包含了硬件，也包含了开发环境以及开发者、使用者创造出来的代码、程序。Arduino Mega2560是一个增强型的Arduino 控制器，它提供了更多的输入/输出接口，可以控制更多的设备，以及拥有更大的程序空间和内存。

l 控制器 ATmega2560

l 工作电压 5V

l 输入电压（推荐） 7-12V

l 输入电压（限制） 6-20V

l 数字I/0口 54 (含15路PWM输出)

l 模拟输入口 16

l 每个I/0口直流电流 40 mA

l 3.3v口直流电流 50 mA

l 闪存（Flash Memory） 256 KB（其中8 KB用作bootloader）

l 静态存储器（SRAM） 8 KB

l EEPROM 4 KB

l 时钟 16 MHz

3.2 SIM通信模块

SIM800L是一款四频GSM/GPRS模块，为城堡孔封装，外观小巧，性能稳定，性价比高，能满足客户的多种需求，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800L是一个物联网终端，Arduino Mega2560是一个主控器，发送AT命令给SIM800L，SIM800L回复信息给Arduino Mega2560。

3.3 RFID模块

射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息或者由标签主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统， 是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是阅读器发射一特定频率的无线电波能量给应答器，用以驱动应答器电路将内部的数据送出，此时阅读器便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

3.3.1 蜂鸣器

蜂鸣器是可以在直流电流的作用下振动发声的装置，因此可使用蜂鸣器来用作提示或报警，例如按键按下、开始工作、工作结束或提醒故障等等。

蜂鸣器发声的原因在于其内部的压电陶瓷片。压电陶瓷片是一种电子发音元件。在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流信号时，压电片会根据电压的大小和频率发生机械变形而产生相应的声音。

压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。

依据蜂鸣器内部有无振荡源可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有了震荡源的蜂鸣器，能够将直流电转换为周期性大小变化的交流电，因此用直流电可以直接工作。而无源蜂鸣器没有振荡源，需要外部输入交流电（电流或方向做周期性变化），才能工作发声。

4. 主体软件程序设计

4.1场景模拟（流程图）

图2：场景模拟图

4.2软件编写

①初始化程序

②sim模块初始化子函数

③sim发送消息子函数

④工作循环

⑤网页查看

5. 项目创新点

1、提出了方便老年人接孩子，又可方便接到小学生实时打卡签到的接娃神器，帮助老年人及低文化类人群利用高科技手段工具，降低工具使用门槛却不降低安全性。

2、提出小学生与家长IC卡匹配的概念，防止小学生没能成功被家长接到，同时也能避免接错走丢，保护未成年人的人身安全，同时也可方便老师或家长查看学生接到与否的状态。

3、增加网页上教师查看全体学生状态的功能，让教师能实时关注到每位学生是否都被家长接到，实时确保每位学生的安全问题，避免遗漏，方便了教师，也能让家长放心。

4、项目成本低廉、技术成熟，有较高的市场推广应用前景。

6. 项目总结

6.1 可行性分析

接娃神器属于智能化系统，所用的SIM模块、RFID模块均是已经在日常生活中广泛应用的模块，发展十分成熟且价格低廉，适合广泛推广与应用。利用物联网技术，能实时监管学生放学安全，使老师安心家长放心。

6.2 系统价格估算

SIM通信模块 ：（12） 元

Arduino Mega2560：（35）元

蜂鸣器：（1.4）元

RDIF模块：（4.2）元

杜邦线等：（3）元

总费用：（55.6）元

6.3 市场价值评估

随着人们生活水平的不断提高，路上车来车往。“5+2”课后服务以后，放学时天色已晚，小学生独自上下学十分不安全，需要有家长接送，同时家长和学校对上下学接送学生安的全要求越来越高。学校学生人数越来越多，一旦放学未按时到家或路遇危险，祸及学校、殃及家庭、乃至对于全社会都是一个打击，也将成为社会热点与焦点话题。

上下学确保学生平安被接走是刻不容缓的事。本设计主要解决了老年人不会使用智能手机，无法在指定网站签到打卡这一客观事实，符合市场需求，且国内对于小学生放学仍主要以人工确认已被接到，市场上暂无此类智能化产品。而接娃神器成本低廉，因此市场价值大，应用前景好。 

6.4 目标展望

通过改进，希望可以使用UNO主板或Nano或寻找更便宜的主控器，使成本进一步降低。