青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院 都妍美
基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)設(shè)計(jì)
青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院 都妍美
高校需要不斷管理完善學(xué)生宿舍,隨著物聯(lián)網(wǎng)在校園內(nèi)部的大量應(yīng)用,高校在管理宿舍過程中也采用了這一方法,便于管理、容易保存和查找,再與國外高校先進(jìn)管理方法的有機(jī)結(jié)合,使得基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)管理越加可行。本文主要分析了學(xué)生宿舍基本情況,基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)功能,基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧宿舍系統(tǒng);設(shè)計(jì)
1.1 分配管理學(xué)生宿舍
學(xué)生宿舍統(tǒng)一管理分配新生、宿舍信息、畢業(yè)生的退學(xué)、調(diào)換學(xué)生寢室等,管理者必須充分了解學(xué)生個(gè)人以及寢室內(nèi)部狀況。學(xué)生進(jìn)步校園首先要做的就是調(diào)配宿舍,管理者此時(shí)必須聯(lián)系新生具體情況科學(xué)安置。這一過程必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定科學(xué)分配,同時(shí)將學(xué)生的床位、櫥柜等用品準(zhǔn)確登記。
1.2 管理學(xué)生宿舍水電
對宿舍日常事務(wù)嚴(yán)格管理,具體包括繳納水電費(fèi),是否存在私用水電情況,定時(shí)關(guān)燈,開通網(wǎng)絡(luò)等。
宿舍管理做關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是水電網(wǎng),新學(xué)期需要管理人員統(tǒng)一統(tǒng)計(jì)各個(gè)宿舍的水電,為了環(huán)保安全、節(jié)省用電用水,需要規(guī)范管理學(xué)生,管理者定期檢查照明情況,并且抽查用水具體情況,及時(shí)發(fā)出警示。
1.3 管理學(xué)生宿舍的衛(wèi)生文明建設(shè)
學(xué)生宿舍可以充分表現(xiàn)出學(xué)生的基本素質(zhì),其也代表了學(xué)校規(guī)劃建設(shè)的主要特點(diǎn)。為了營造一個(gè)舒適、清潔、便利的學(xué)習(xí)生活環(huán)境,管理者必須不斷強(qiáng)化宿舍的衛(wèi)生文明工作。
1.4 管理學(xué)生宿舍安全
學(xué)生宿舍的財(cái)產(chǎn)不但有公共財(cái)產(chǎn)還有私人財(cái)產(chǎn),如此便需要對公共財(cái)產(chǎn)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)并且實(shí)行必要的安全管理。例如對于假期并不離校的學(xué)生,必須對宿舍實(shí)施合理安排,這樣有利于集中管理,保證學(xué)生的人身安全。管理者應(yīng)當(dāng)對宿舍開展嚴(yán)格的檢查,具體監(jiān)督內(nèi)容有宿舍內(nèi)部的衛(wèi)生狀況、用水電問題等,特別提醒學(xué)生不要將個(gè)人貴重物品存放在宿舍中。
2.1 限電功能
(1)宿舍房間內(nèi)的電源定時(shí)進(jìn)行供電,充分確保學(xué)生獲得休息;(2)合理限定宿舍房間內(nèi)部的用電量,確保安全用電;(3)對出現(xiàn)違章電器的宿舍房間進(jìn)行準(zhǔn)確判斷識(shí)別,并且及時(shí)切斷電源;(4)去除違章電器后延遲10秒自行恢復(fù)供電;(5)保證宿舍房間人走斷電。
2.2 場景功能
(1)利用智能控制系統(tǒng)對學(xué)生的起床場景、休息場景和安全逃生經(jīng)常進(jìn)行設(shè)置;(2)可以自動(dòng)啟動(dòng)場景設(shè)置,還可以通過學(xué)生自主啟動(dòng)。
2.3 職能防盜防火功能
(1)科學(xué)應(yīng)用各種感測系統(tǒng)以及防盜警報(bào)、消防警報(bào)等系統(tǒng);(2)自行識(shí)別與處理進(jìn)出宿舍的學(xué)生以及外來人員,并且及時(shí)登記;(3)對該系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng),達(dá)到實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控,并且聯(lián)系危機(jī)情況自行報(bào)警。
2.4 多種方式控制
(1)學(xué)生可以通過遙控器或者電腦在給定權(quán)限內(nèi)控制宿舍內(nèi)部的燈光或者公共用電設(shè)備;(2)學(xué)生可以通過電腦對外來訪客情況進(jìn)行了解,并且判斷是否實(shí)行接待。
3.1 整體系統(tǒng)方案
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提是ARM嵌入式系統(tǒng),綜合架構(gòu)有無線傳感設(shè)備、RFID、處理信息通訊技術(shù)。這一系統(tǒng)的主要功能是利用RFID技術(shù)對進(jìn)出宿舍的人員進(jìn)行記錄、對宿舍內(nèi)的照明、供電設(shè)備實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。智慧宿舍系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)角度可劃分為頂層應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)傳輸和底層感知三個(gè)層次。應(yīng)用層次包括Android操作程序以及有關(guān)的服務(wù)器。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層次中,將服務(wù)器構(gòu)建在外網(wǎng)通信的核心位置,而內(nèi)部通信建立和傳輸信息之間通過宿舍網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。將ZigBee至于開發(fā)板上并且對其實(shí)施擴(kuò)展令其作為宿舍網(wǎng)關(guān),具體功能是對宿舍內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)積極連接以及交換信息。系統(tǒng)的感知層析則是通過ZigBee實(shí)現(xiàn)協(xié)議的無線近距離傳輸,進(jìn)一步建立宿舍內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信,對不用終端節(jié)點(diǎn)模塊積極擴(kuò)展進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。
3.2 智慧宿舍系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.2.1 嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
Linux內(nèi)核可以有效支撐驅(qū)動(dòng)和串行通信接口驅(qū)動(dòng),并給TCP協(xié)議提供了支持,對網(wǎng)絡(luò)通信程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。作為智慧宿舍內(nèi)部的網(wǎng)關(guān),必須及時(shí)處理服務(wù)器發(fā)出的控制信息,分析之后利用串行通信方式向協(xié)調(diào)器進(jìn)行傳輸,最終獲取和傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
3.2.2 ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
宿舍內(nèi)部環(huán)境中,ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)作為設(shè)備發(fā)揮通訊功能的基礎(chǔ)。在智慧樹宿舍整體規(guī)模下,也可以理解為網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)模有限,存在著大量節(jié)點(diǎn),宿舍內(nèi)部可以應(yīng)用星形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。在真實(shí)環(huán)境中構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)體系,結(jié)合設(shè)備相關(guān)構(gòu)造可以將設(shè)備劃分為協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)。
(1)ZigBee協(xié)調(diào)器
ZigBee組網(wǎng)特點(diǎn)是自組織。整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是由ZigBee協(xié)調(diào)器構(gòu)成,達(dá)到傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外部之間的數(shù)據(jù),同時(shí)準(zhǔn)確連接嵌入式智慧樹宿舍網(wǎng)關(guān),達(dá)到傳輸信息以及發(fā)布指令的目的。
(2)終端節(jié)點(diǎn)
安全是在學(xué)生宿舍內(nèi)部管理中應(yīng)首要考慮的因素。最終我們需要設(shè)置的終端節(jié)點(diǎn),主要包括控制門禁節(jié)點(diǎn)、照明與插座監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、窗簾自動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)等。
第一,控制門禁節(jié)點(diǎn)。RFID門禁系統(tǒng)通過高頻射頻識(shí)別裝置,可以對一般類型的學(xué)生校園卡實(shí)行迅速和準(zhǔn)確的識(shí)別,采取驅(qū)動(dòng)電路對門閥積極操控。由于需要ZigBee終端節(jié)點(diǎn)對門禁系統(tǒng)有效操控,通過無線網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù),便于達(dá)到手機(jī)遠(yuǎn)程操作的目的。當(dāng)產(chǎn)生開門需要時(shí),單擊系統(tǒng)上的開門裝置,利用互聯(lián)網(wǎng)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)向控制門禁節(jié)點(diǎn)傳送信息,利用節(jié)點(diǎn)控制門閥實(shí)現(xiàn)開門。同時(shí),還可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程嚴(yán)格管理門禁系統(tǒng),當(dāng)要求迅速鎖定某一卡號(hào)時(shí),通過鎖定設(shè)備對射頻失效準(zhǔn)確識(shí)別;要求立刻恢復(fù)時(shí),可以采取解鎖設(shè)備達(dá)到。
第二,照明與插座監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。基本上等同于門禁節(jié)點(diǎn),單片機(jī)利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)操作電動(dòng)與插座等繼電器,進(jìn)而對電燈和用電設(shè)備嚴(yán)格操控。當(dāng)獲得網(wǎng)絡(luò)傳送的指令信息時(shí),ZigBee終端節(jié)點(diǎn)迅速實(shí)施相關(guān)控制命令,從而準(zhǔn)確操作電燈以及用電設(shè)備,有效對學(xué)生宿舍電氣設(shè)備嚴(yán)格操控,利用無接觸式對電器件積極操控,保證了用電的安全性。
窗簾控制是指通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,與門禁系統(tǒng)的原理基本上相同。當(dāng)對應(yīng)的控制命令傳送至該終端節(jié)點(diǎn),就能促使驅(qū)動(dòng)電機(jī)對窗簾的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制,這樣便于根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行控制窗簾的開關(guān)情況,以確保合理控制室內(nèi)的采光度。
3.3 智慧宿舍系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.3.1 服務(wù)器程序設(shè)計(jì)
建立在IP固定服務(wù)器上的服務(wù)器程序,其最主要的功能是積極連接手機(jī)客戶端以及TCP嵌入式系統(tǒng)的通信線程。當(dāng)嵌入式連接系統(tǒng)和服務(wù)器建立之后,服務(wù)器建立對應(yīng)線程及其通信,當(dāng)有效連接手機(jī)客戶端時(shí),建立另一服務(wù)器線程和通信系統(tǒng),服務(wù)器之間迅速傳送通信信息,最終促使兩個(gè)客戶端線程之間完成通信。
3.3.2 設(shè)計(jì)應(yīng)用程序
應(yīng)用程序是用戶對宿舍的客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制。設(shè)計(jì)應(yīng)用程序便是和相應(yīng)的ZigBee節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)為門禁操控按鈕、電燈開關(guān)、插座控制器以及窗簾開合裝置。第一次安裝登陸應(yīng)用程序時(shí),可以綁定手機(jī)號(hào)碼,以便提升系統(tǒng)安全度。登陸之后通過服務(wù)器連接TCP,按鈕操作會(huì)將對應(yīng)的控制指令發(fā)送給服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。
3.4 防火防盜警報(bào)系統(tǒng)
安全警報(bào)系統(tǒng)具體包括了網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)、安防、各類后端探頭。具體功能見下:
(1)防盜警報(bào)系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)將警報(bào)信息發(fā)送到該宿舍房間內(nèi)成員以及管理人員的手機(jī)上,并且結(jié)合具體情況上報(bào)給校內(nèi)的安保部門。(2)防火警報(bào)功能可以借助網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)把警報(bào)信息發(fā)送給宿舍全部成員以及管理人員手機(jī)上,并且結(jié)合具體情況自行與火警聯(lián)系。(3)求救求助功能支持通過網(wǎng)絡(luò)把求助信息發(fā)送給宿舍管理人員手機(jī)上,或者與保安、警察及其醫(yī)院實(shí)行選擇性聯(lián)系。(4)接警中心管理計(jì)算機(jī)獲得警報(bào)信息之后立刻能夠搜索到報(bào)警點(diǎn)矢量位置,提示警報(bào)點(diǎn)在宿舍內(nèi)部的具體位置,并且利用聲光方式向有關(guān)人員發(fā)出提醒訊號(hào)使其可以及時(shí)處理。(5)探頭警報(bào)訊息惡意利用智能中控器自行連接室內(nèi)設(shè)備,例如:夜間報(bào)警可以自行打開所在位置的燈光。(6)可以聯(lián)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng),自行把警報(bào)所在地區(qū)的視頻圖像傳輸給控制智慧宿舍終端手機(jī)上。(7)如果出現(xiàn)錯(cuò)誤警報(bào),可以利用手機(jī)或者電腦登陸智慧宿舍管理系統(tǒng)錄入正確的信息以后,在利用錄入警報(bào)取消密碼對其進(jìn)行取消。
現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展,人們逐步開始了解物聯(lián)網(wǎng)管理方式,由于高校逐年擴(kuò)大招生規(guī)模,學(xué)生急劇增加,管理學(xué)校宿舍難度不斷在增大。基于物聯(lián)網(wǎng)智慧宿舍系統(tǒng)的應(yīng)用無疑是很好的選擇。在宿舍管理中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),不但提高了工作效率,節(jié)省了大量成本,還縮短了管理時(shí)間,提升了管理能力,有利于學(xué)生運(yùn)用,達(dá)到了對學(xué)生宿舍智能化管理的目標(biāo)。
[1]彭悼平.高校學(xué)生宿舍管理信息系統(tǒng)的開發(fā)[J].天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2014(2).
[2]周蕾,常晉義.基于物聯(lián)網(wǎng)的高校宿舍管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2013(4).
[3]謝紅標(biāo),徐爭前.基于Web的智能化宿舍管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代,2013(7).
都妍美(1979—),女,山東牟平人,講師,主要研究方向:應(yīng)用電子技術(shù)。