基于云端平臺(tái)的智慧宿舍管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉家祺 梁桓寧 胡云聰

摘要 互聯(lián)網(wǎng)的普及和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給數(shù)字化校園建設(shè)背景下的宿舍管理提供了新視角。文章分析了智慧宿舍管理系統(tǒng)的軟硬件組成結(jié)構(gòu)，應(yīng)用控制板、傳感器及云服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云端平臺(tái)的智慧宿舍管理系統(tǒng)，最后介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和應(yīng)用功能。

【關(guān)鍵詞】云端平臺(tái) 宿舍管理 物聯(lián)網(wǎng) 智慧管理

1 引言

近年來，互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)深入到普通大眾的日常工作和生活應(yīng)用中，基于云端的各種管理平臺(tái)為人們提供了極大的便利。例如，數(shù)字化校園通過對(duì)傳統(tǒng)校園的環(huán)境、資源及應(yīng)用數(shù)字化，拓展現(xiàn)實(shí)校園的時(shí)空維度，提升校園的運(yùn)行效率和管理水平。

當(dāng)前很多學(xué)校的學(xué)生宿舍管理往往落后于數(shù)字化校園建設(shè)水平，雖然大學(xué)生數(shù)量不斷增加和對(duì)居住環(huán)境需求不斷提升，但是大多數(shù)學(xué)校宿舍管理仍然停留在采用人工管理、手動(dòng)記錄與查詢數(shù)據(jù)的階段。顯然，宿舍管理數(shù)據(jù)變動(dòng)需求較大，數(shù)據(jù)量較為龐雜，傳統(tǒng)的人工記錄與人工管理的形式已經(jīng)難以滿足日益增長的宿舍管理需求。當(dāng)前，國內(nèi)有基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的宿舍管理，在一定程度上能滿足現(xiàn)代宿舍管理的智能需求。但是，如果將數(shù)據(jù)庫與云端平臺(tái)結(jié)合，可以更有效地節(jié)省工作時(shí)間和提高工作效率，因而基于云端平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于智慧宿舍管理系統(tǒng)顯得尤為必要。

智慧宿舍管理系統(tǒng)以控制板結(jié)合傳感器感知宿舍環(huán)境信息，并與云端平臺(tái)建立連接后將感知的信息傳送到云服務(wù)器存儲(chǔ)。在云服務(wù)器上，搭建了宿舍管理的數(shù)據(jù)庫并安裝了服務(wù)器軟件，用戶可以通過網(wǎng)頁或移動(dòng)終端，在權(quán)限內(nèi)對(duì)宿舍管理信息進(jìn)行瀏覽、查詢、修改、回復(fù)等多種操作。管理人員還可以根據(jù)全校宿舍管理的日常信息進(jìn)行綜合分析，為智慧管理提供決策依據(jù)。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍管理是數(shù)字化校園建設(shè)的重要部分，將提升學(xué)校的校園管理水平，對(duì)師生的工作和學(xué)習(xí)生活產(chǎn)生積極的影響。

2 智慧宿舍管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于云端平臺(tái)的智慧宿舍管理系統(tǒng)包括環(huán)境信息感知、云端平臺(tái)和用戶終端三部分，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）環(huán)境信息感知底層是由控制板控制煙霧、溫濕度、圖像、紅外等傳感器采集宿舍環(huán)境信息，同時(shí)控制板與云端平臺(tái)建立連接，將環(huán)境信息實(shí)時(shí)傳送到云服務(wù)器存儲(chǔ)。

（2）云端平臺(tái)搭建了宿舍管理的數(shù)據(jù)庫，可以與底層控制板、用戶終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。云服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)有宿舍環(huán)境信息以及宿舍各種日常管理信息，包括人員、公告、衛(wèi)生、維修等。此外，云平臺(tái)在Linux下安裝Tomcat服務(wù)器并部署了Web應(yīng)用。

（3）用戶通過網(wǎng)頁或移動(dòng)終端，以Web方式遠(yuǎn)程訪問云平臺(tái)，提取數(shù)據(jù)并處理后展現(xiàn)成圖表形式以便直觀的觀察。

智慧宿舍管理系統(tǒng)采用基于云端平臺(tái)的管理模式，將本地傳感器數(shù)據(jù)同步上傳至服務(wù)器，再通過網(wǎng)頁瀏覽器或應(yīng)用App訪問服務(wù)器的數(shù)據(jù)。感知底層采用煙霧、溫濕度、圖像、紅外等傳感器采集宿舍環(huán)境信息，用于反映學(xué)生宿舍的安全狀況，系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)宿舍日常在線管理的同時(shí)，還能實(shí)時(shí)監(jiān)控宿舍安全。

3 宿舍管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)宿舍管理系統(tǒng)劃分的三個(gè)部分，主要介紹本地底層的宿舍環(huán)境信息感知、云平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫管理及Web應(yīng)用的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.1 環(huán)境信息感知

宿舍本地環(huán)境信息感知以控制板為核心，再配置煙霧、溫濕度、圖像、紅外傳感器，分別對(duì)宿舍溫濕度、紅外、煙霧狀況以及對(duì)主要樓道視頻進(jìn)行監(jiān)控?？刂瓢瀚@取傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)作為設(shè)備網(wǎng)關(guān)通過有線/無線方式接入互聯(lián)網(wǎng)，與云平臺(tái)服務(wù)器建立連接，實(shí)現(xiàn)宿舍本地環(huán)境信息的實(shí)時(shí)上傳。

環(huán)境信息感知使用的控制板、傳感器等是智慧宿舍管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的主要硬件平臺(tái)。

3.2 數(shù)據(jù)庫管理

云平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理包括存儲(chǔ)本地控制板上傳的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、宿舍日常管理的學(xué)生信息、管理公告、衛(wèi)生及維修等數(shù)據(jù)，并在有用戶數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)提供相關(guān)數(shù)據(jù)以便調(diào)取。為了實(shí)現(xiàn)管理功能，需要建立一個(gè)宿舍信息數(shù)據(jù)庫用來存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù)。

根據(jù)所需的功能以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，繪制E-R圖如圖2所示。

在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)應(yīng)不同類型的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)需要包括用戶信息表User、公告信息表News、宿舍檢查得分表Scores、出入人員信息表IO Person、維修信息表Repairing和傳感器數(shù)據(jù)表Sensers。

3.3 Web應(yīng)用

用戶通過網(wǎng)頁瀏覽器或應(yīng)用App訪問服務(wù)器的數(shù)據(jù)，需要以云端服務(wù)器為基礎(chǔ)，將瀏覽內(nèi)容、控制界面等以各種網(wǎng)頁顯示樣式或應(yīng)用App要求的形式展現(xiàn)出來。具體地，對(duì)反映宿舍安全狀況的感知數(shù)據(jù)監(jiān)控，可以以圖表形式直觀地展示數(shù)據(jù)。對(duì)需要日常管理的宿舍信息，如學(xué)生個(gè)人信息、管理公告、報(bào)修申請(qǐng)等，應(yīng)該進(jìn)行合理設(shè)置和整理，使這類較龐雜的信息更加易于組織，而且數(shù)據(jù)安全性也能得到保障。

用戶在前端對(duì)各類宿舍信息查詢以及對(duì)宿舍日常管理，都基于如圖3所示的多個(gè)功能模塊來實(shí)現(xiàn)。

4 宿舍管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的宿舍管理以人力為主，將各種宿舍管理數(shù)據(jù)通過手寫形式記錄并保存在紙質(zhì)載體中，而對(duì)宿舍的安全監(jiān)控多依賴宿舍管理員，維護(hù)宿舍設(shè)施和環(huán)境監(jiān)控較為困難。而智慧宿舍管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將本地的“控制板+傳感器”設(shè)備與云端服務(wù)器相聯(lián)，提供了快捷安全的信息獲取和存儲(chǔ)途徑，同時(shí)管理人員用電腦或移動(dòng)終端觀察宿舍的實(shí)時(shí)監(jiān)控狀況，便于及時(shí)進(jìn)行管理和維護(hù)。

4.1 硬件平臺(tái)

在底層硬件中，控制板使用ArduinoUNO，內(nèi)置處理器ATmega328P、多路輸入/輸出接口以及1個(gè)USB接口，可以將煙霧、溫濕度、圖像、紅外傳感器通過數(shù)字或模擬輸入引腳連接。各種傳感器技術(shù)參數(shù)如表1所示。

Arduino控制板沒有直接提供網(wǎng)絡(luò)接口，選用適合Ethemet網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板，通過該模塊可以使用網(wǎng)絡(luò)控制讀寫Arduino的數(shù)字和模擬接口。

4.2 軟件編程

智慧宿舍管理系統(tǒng)的軟件編程主要包括本地底層傳感器數(shù)據(jù)采集、Ethemet網(wǎng)絡(luò)控制、云平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫管理及Web應(yīng)用的設(shè)計(jì)內(nèi)容。傳感器數(shù)據(jù)采集及網(wǎng)絡(luò)控制使用c/c++編程，云平臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)使用SQL語言，Web應(yīng)用使用JSP技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

其中，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的程序示例如下。

Int PIR=1;

∥紅外傳感器連接Digital1接口

Int VIDEO=2：

∥視頻監(jiān)控器連接Digita12接口

int val;

val= analogRead（0）;∥模擬口AO讀取氣體傳感器的值

Serial.println（val，DEC）; ∥將值打印到串口

delay（100）;

if（digitalRead（PIR）==HIGH）∥有人通過（PIR高電平）

digitalWrite（VIDEO，HIGH）;∥視頻監(jiān)控模塊開啟

else

digitalWrite（VIDEO，LOW）;∥視頻監(jiān)控模塊關(guān)閉

4.3 系統(tǒng)功能

宿舍管理系統(tǒng)的Web應(yīng)用使用網(wǎng)頁和移動(dòng)App形式。用戶通過電腦或移動(dòng)終端進(jìn)行傳感器控制和數(shù)據(jù)處理操作，調(diào)取云服務(wù)器中的環(huán)境監(jiān)控信息實(shí)現(xiàn)瀏覽、查詢、修改、回復(fù)等工作。

Web應(yīng)用的瀏覽效果示例如圖4，左邊一欄是實(shí)際宿舍管理中的相關(guān)工作，例如查看當(dāng)前宿舍環(huán)境、增刪更改學(xué)生住宿信息、登記和查看報(bào)修信息等等。

5 結(jié)語

智慧宿舍管理系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的宿舍管理模式，首先系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行宿舍環(huán)境信息自動(dòng)獲取和實(shí)時(shí)更新，能夠反映學(xué)生宿舍的安全狀況。同時(shí)，系統(tǒng)基于云端平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，宿舍管理的大量龐雜數(shù)據(jù)都上傳到云服務(wù)器保存，防止可能的數(shù)據(jù)丟失和人為破壞。最后，學(xué)校管理部門可以根據(jù)宿舍管理的日常信息進(jìn)行綜合分析，為智慧管理提供決策依據(jù)。智慧宿舍管理還需要結(jié)合學(xué)校的管理理念和具體要求，其設(shè)計(jì)開發(fā)還將隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展加以完善，未來值得探討通過云端操控更多的宿舍公共設(shè)備與資源，推進(jìn)智慧宿舍的智能化管理水平。

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