基于物聯(lián)網(wǎng)的智能實驗室預(yù)訂系統(tǒng)

張鑫 天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能實驗室預(yù)訂系統(tǒng)

張鑫 天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院

當(dāng)前已經(jīng)構(gòu)建了智能用電系統(tǒng)，傳統(tǒng)插座問題日益凸出，為了有效解決這一問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能插座設(shè)計。下面通過在校園的實際項目，分析整體架構(gòu)設(shè)計，其中包括智能插座各主要模塊以及前后端的設(shè)計思路。

物聯(lián)網(wǎng) 智能插座 設(shè)計思路

隨著人工智能概念的不斷推進，對智能設(shè)備的要求越來越高，同時也帶來了諸多問題，如電量的控制，智能化的體驗，我們以實驗室為基礎(chǔ)環(huán)境，提供一整套的智能化預(yù)訂和使用設(shè)備的解決方案，在監(jiān)控用電狀況的同時，實現(xiàn)設(shè)備的自動開關(guān)，完善的交互模式。

1 整體架構(gòu)設(shè)計

對于此次校園內(nèi)智能預(yù)訂系統(tǒng)而言，其功能包括對儀器設(shè)備的控制、電量數(shù)據(jù)分析、用戶數(shù)據(jù)采集等，因此進行其整體架構(gòu)設(shè)計時，分別包括微信公眾號、無線智能插座、后臺管理網(wǎng)站。學(xué)生或者老師，可以通過微信公眾號選定想要使用的設(shè)備，以及設(shè)備使用的時間，然后通過設(shè)備負(fù)責(zé)人確認(rèn)后，方可使用，流程如圖1所示：

圖1 智能實驗室設(shè)備預(yù)訂流程

此設(shè)計以微信為基礎(chǔ)，無需下載app，掃碼后，服務(wù)器校驗用戶和設(shè)備信息，下發(fā)指令，打開智能插座，再預(yù)定時間到達前20分鐘，微信和設(shè)備同時提醒用戶做好下機準(zhǔn)備。含記憶性的設(shè)備，會同時提醒管理員，并且智能插座會延遲計算功率差值，確認(rèn)在合理范圍內(nèi)再斷電。

2 物聯(lián)網(wǎng)的智能插座設(shè)計

2.1 智能插座模塊的設(shè)計

此 次 設(shè) 計 使 用 的 是ESP-12DIP、STM32F103C8T6、ACS712，分別用于無線通信、主控處理以及電流檢測。對于設(shè)計電源模塊時，應(yīng)用了開關(guān)電源電路，工作效率得到提升，工作穩(wěn)定性得到提高。WIFI模塊電源管理，如果WIFI死機，沒有反應(yīng)等，通過SI2301斷電，使WIFI模塊重新開機，如圖2所示。

在整體的解決方案當(dāng)中，我們采用了前后端分離的思想。將硬件設(shè)計電路，完全分離出來，作為一個獨立的整體進行開發(fā)。并將所有的功能，例如，控制開關(guān)、獲取電量信息、等，做成標(biāo)準(zhǔn)化接口。以方便外部設(shè)備調(diào)用。這種設(shè)計方案有助于我們，將技術(shù)問題的解決方案，與場景的解決方案分離，如圖3所示

圖2 wifi模塊

圖3 接口設(shè)計說明

2.2 微信公眾號預(yù)訂設(shè)計

目前微信的人數(shù)基數(shù)已經(jīng)超過QQ的人數(shù)基數(shù)，騰訊也開放了眾多的接口以及支付功能，方便我們開發(fā)自主業(yè)務(wù)；幾乎每個人的手機中都有微信，同時也降低了我們的推廣運營的成本，據(jù)統(tǒng)計，使用微信的用戶年齡在20-40歲之間，剛好是我們的用戶年齡段。目前用戶有兩種預(yù)訂方式：一是關(guān)注我們的公眾號，通過3*5菜單進入預(yù)訂主頁；二是直接掃描設(shè)備上面的二維碼進入。根據(jù)學(xué)校實際需求，此系統(tǒng)對用戶和設(shè)備均進行了分類和權(quán)限的設(shè)定，從而保證實驗室使用的合理性。同時我們對部分頁面做了埋點，用于采集用戶的行為數(shù)據(jù)，通過用戶瀏覽頁面的順序、頻次、間隔時間，來判斷功能和邏輯是否需要調(diào)整。在用戶完成預(yù)訂、上機、下機等關(guān)鍵性操作時，微信會同步推送消息給相關(guān)人員，以便管理時間和設(shè)備，所有數(shù)據(jù)均保存到云端服務(wù)器，并對所有通信接口進行加密處理，保障數(shù)據(jù)安全，真正實現(xiàn)無人看守管理，用戶隨來隨走無需簽到。

2.3 后臺管理系統(tǒng)設(shè)計

后臺管理網(wǎng)站使用php語言進行開發(fā)，用于管理實驗室設(shè)備信息，分配用戶和設(shè)備等分類以及權(quán)限，與前端使用同一服務(wù)器，快速查看用戶使用設(shè)備的時間、地點、設(shè)備用點狀況、頻次等諸多信息，我們單獨制作了特定的頁面，用于顯示相關(guān)數(shù)據(jù)的曲線圖，同時也可以excel的形式導(dǎo)出想要的數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 上線7日內(nèi)用戶行為數(shù)據(jù)

2.4 服務(wù)器設(shè)計

此項目采用阿里云服務(wù)器，配置Linux系統(tǒng)，nignx代理，使用redis緩存＋mysql數(shù)據(jù)庫，以及PHP語言環(huán)境，使用nignx配置http和https雙重代理，保證服務(wù)器訪問的安全性以及后期的可擴展性，使用消息隊列，防止出現(xiàn)高并發(fā)時的數(shù)據(jù)存儲和查詢異常，減少請求響應(yīng)時間和解耦；對對外鏈接，nginx做了防盜鏈措施，防止通過技術(shù)手段獲得它人服務(wù)器上的資源地址，繞過別人的資源展示頁面，直接在自己的頁面上向最終用戶提供此內(nèi)容的現(xiàn)象；與此同時我們將數(shù)據(jù)庫做了主從分離，將讀操作和寫操作分離到不同的數(shù)據(jù)庫上，避免主服務(wù)器出現(xiàn)性能瓶頸，主服務(wù)器進行寫操作時，不影響查詢應(yīng)用服務(wù)器的查詢性能，降低阻塞，提高并發(fā)，數(shù)據(jù)擁有多個容災(zāi)副本，提高數(shù)據(jù)安全性，同時當(dāng)主服務(wù)器故障時，可立即切換到其他服務(wù)器，提高系統(tǒng)可用性。

3 總結(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的不斷發(fā)展，各行業(yè)對智能硬件的需求將會與日俱增，我們也同樣相信，智能校園的概念也會在不久的將來會被全世界所接受，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進入了高速發(fā)展期，靈活多變的應(yīng)用場景必將迎來更多的挑戰(zhàn)。

[1]金逸超，孫力娟，王汝傳，等.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能插座的設(shè)計[J].計算機研究與發(fā)展，2010，47(s2):321-326.

[2]李偉，李一真，王志梁，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能插座設(shè)計與實現(xiàn)[J].山東電力技術(shù)，2015，42(06):55-58.

[3]李佳澤，王長忠.基于屬性約簡的應(yīng)用服務(wù)器優(yōu)化算法改進[J].計算機測量與控制，2017，25(05):255-257+269.