基于多維度控制的酒店節(jié)能系統(tǒng)

褚治廣，李 剛，張 興

基于多維度控制的酒店節(jié)能系統(tǒng)

褚治廣，李 剛，張 興

（遼寧工業(yè)大學(xué) 計(jì)算中心，遼寧 錦州 121001）

為了有效降低酒店客房的電力消耗和提高用電效率，將自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制和人為控制相結(jié)合設(shè)計(jì)了一種酒店節(jié)能控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將客房傳感器控制和小程序遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，共同連接客房設(shè)備控制器模塊，小程序開(kāi)發(fā)以Bmob后端云作為服務(wù)器，通過(guò)json解析實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換，并使用MD5算法加密保證數(shù)據(jù)安全傳輸，客房傳感器是一個(gè)多維傳感器模塊，兩者可以共同作用有效控制客房設(shè)備。

酒店節(jié)能；小程序；Bmob；MD5

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，酒店的能源消耗成本很高，超過(guò)總營(yíng)業(yè)額的1/4，酒店級(jí)別越高，能源消耗越高。如今，酒店行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為了節(jié)省成本，提高酒店競(jìng)爭(zhēng)力，就必須降低酒店自身能耗[1-2]。目前，節(jié)約電能的方法有多種，比如熱釋電紅外傳感器[1]的智能照明控制系統(tǒng)、酒店門(mén)卡、聲控系統(tǒng)都被廣泛應(yīng)用，但它們未能有效解決問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種基于多維度環(huán)境監(jiān)測(cè)的酒店節(jié)能控制系統(tǒng)，由小程序和多維監(jiān)測(cè)模塊組成，傳感器通過(guò)檢測(cè)用戶(hù)是否休息或者離開(kāi)客房下達(dá)關(guān)閉或調(diào)節(jié)，小程序由用戶(hù)直接控制，兩者結(jié)合使得酒店客房在給用戶(hù)提供良好的居住環(huán)境的同時(shí)，又能有效節(jié)約電力成本。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 控制模塊組成

控制系統(tǒng)將多維傳感器控制和微信小程序控制結(jié)合。一個(gè)通過(guò)檢測(cè)客房各個(gè)位置是否有人來(lái)關(guān)閉設(shè)備電源，另一個(gè)通過(guò)人為控制設(shè)備開(kāi)關(guān)，由Arduino Mega控制板接收控制信號(hào)控制各個(gè)區(qū)域的設(shè)備電源。

1.1.1 多維傳感器控制

如圖1所示，多維傳感器由5個(gè)部分組成，人體熱釋電紅外模塊[3]可以用來(lái)檢測(cè)用戶(hù)發(fā)出的紅外輻射，濕度傳感器可以監(jiān)測(cè)客房的濕度和溫度狀態(tài)，聲音監(jiān)測(cè)模塊可以判斷客房是否有用戶(hù)說(shuō)話，超聲波測(cè)距可以通過(guò)檢測(cè)洗漱臺(tái)給定距離內(nèi)是否有障礙物來(lái)判斷客房是否有人，用壓力傳感器檢測(cè)床承受的壓力，如果承受壓力大于一定閾值，則判斷床上有人。

圖1 多維傳感器模型圖

1.1.2 微信小程序控制

小程序的各項(xiàng)功能如圖2所示。

圖2 小程序結(jié)構(gòu)圖

(1)房間總閘：出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，可以立即切斷客房電源。

(2)設(shè)備控制：查看客房電器設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)，打開(kāi)或調(diào)節(jié)其工作狀態(tài)。

(3)我的訂單：在線訂餐，或者呼叫前臺(tái)尋求幫助。

(4)通知消息：在線發(fā)布酒店或者用戶(hù)所屬客房的消息。

(5)緊急出口：遇到緊急狀況，可以快速查看緊急出口平面圖。

(6)消防器具：可以快速獲取消防栓和滅火器的位置點(diǎn)。

(7)個(gè)人信息：獲取訂餐信息，或者前臺(tái)消息回復(fù)客戶(hù)的消息。

(8)授權(quán)開(kāi)關(guān)：默認(rèn)由2種模式控制，可以授權(quán)拒絕傳感器控制。

1.1.3 Arduino Mega控制器

圖3展示了Arduino Mega控制器與設(shè)備的連接。Arduino Mega單片機(jī)是常用的一種控制器，使用ATmega 2560處理器，它有很多控制I/O接口，可以接入各種模塊，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)想要的功能。多維監(jiān)測(cè)模塊可以通過(guò)連接線直接控制單片機(jī)，小程序控制時(shí)需要接入WiFi透?jìng)髂K連接單片機(jī)[4]，讓服務(wù)器數(shù)據(jù)能夠被單片機(jī)接收。

圖3 硬件控制結(jié)構(gòu)圖

1.2 控制系統(tǒng)邏輯框架

在圖4所示的控制框架，當(dāng)用戶(hù)連接WiFi登陸之后，會(huì)出現(xiàn)服務(wù)界面，界面大致分為2個(gè)部分，使用生活服務(wù)可以進(jìn)行訂餐或聯(lián)系工作人員等操作，設(shè)備控制可以查看和控制各種電設(shè)備的狀態(tài)，打開(kāi)設(shè)備的時(shí)候，設(shè)備會(huì)立即開(kāi)始工作，當(dāng)傳感器檢測(cè)客房或者某一區(qū)域無(wú)人達(dá)到一定時(shí)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)自行關(guān)閉設(shè)備的電源，如果需要某個(gè)設(shè)備工作時(shí)，可通過(guò)小程序再次打開(kāi)，如果不需要，也可以通過(guò)小程序關(guān)閉設(shè)備。

圖4 節(jié)能系統(tǒng)的控制流程

圖5展示了人為控制設(shè)備的架構(gòu)圖，由小程序、服務(wù)器、用戶(hù)組成，用戶(hù)可以手機(jī)小程序修改服務(wù)器的數(shù)據(jù)，小程序?qū)崟r(shí)接收到服務(wù)器的數(shù)據(jù)后對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。

圖5 人為控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(1)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)：為了獲取更加準(zhǔn)確的客房信息，使用5個(gè)傳感器分布在客房里面，這些傳感器會(huì)將不同方面的數(shù)據(jù)收集起來(lái)。

(2)控制器設(shè)計(jì)：Arduino Mega接收到傳感器采集的或者小程序發(fā)出的數(shù)據(jù)之后，使用寫(xiě)入的處理算法對(duì)數(shù)據(jù)處理，每個(gè)傳感器返回的數(shù)據(jù)都是不一致的，必須對(duì)它們分別采用不同的數(shù)據(jù)處理算法，轉(zhuǎn)換為同一類(lèi)值進(jìn)行分析，然后由處理器下達(dá)指令，控制紅外線模塊打開(kāi)或調(diào)節(jié)設(shè)備。

(3)傳輸加密設(shè)計(jì)：為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，在?shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，計(jì)算等待傳輸數(shù)據(jù)的MD5[5-6]的值附在數(shù)據(jù)末尾并發(fā)送出去，接收端重新計(jì)算接收數(shù)據(jù)的MD5的值，與發(fā)送端得到的值相比較，若存在明顯差異則說(shuō)明數(shù)據(jù)異常，必須重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

(4)服務(wù)器設(shè)計(jì)：采用Bmob[7-8]云端服務(wù)器作為后端管理平臺(tái)，安裝SQLlite數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)酒店所有客房的數(shù)據(jù)信息，使用Esp8266作為用戶(hù)與服務(wù)器之間的通信模塊，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)客房設(shè)備狀態(tài)的獲取和修改。為了應(yīng)對(duì)人數(shù)較多時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲較長(zhǎng)和持續(xù)處理能力不足的問(wèn)題，通過(guò)算法提取主要數(shù)據(jù)，減少很多無(wú)用數(shù)據(jù)的傳遞，優(yōu)化小程序操作步驟，減少與服務(wù)器的交互次數(shù)，有效保證控制的效率。

2.2 節(jié)能控制程序

在接收到多維傳感器和小程序控制的信號(hào)之后，通過(guò)簡(jiǎn)單的函數(shù)運(yùn)算將信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的指令，為了讓指令之間不發(fā)生沖突，還能滿(mǎn)足客戶(hù)需求和節(jié)能效果。設(shè)計(jì)算法讓傳感器檢測(cè)到用戶(hù)存在時(shí)，人為控制優(yōu)先級(jí)最高，打開(kāi)或調(diào)節(jié)設(shè)備不受任何影響。當(dāng)檢測(cè)用戶(hù)不在客房時(shí)，傳感器的優(yōu)先度最高，設(shè)定設(shè)備延遲15 min關(guān)閉。對(duì)燈進(jìn)行特殊控制，天花板燈、浴室燈按照各自區(qū)域是否有人來(lái)控制燈的亮滅，控制程序的簡(jiǎn)要代碼如下所示。

2.3 數(shù)據(jù)接口

將Bmob服務(wù)器搭建成功后，手機(jī)還無(wú)法訪問(wèn)和修改數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，為了用戶(hù)能更安全更快地調(diào)取數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的接口函數(shù)，并且利用當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)傳輸格式j(luò)son[9-10]來(lái)完成對(duì)應(yīng)操作。用戶(hù)通過(guò)手機(jī)與數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，然后數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)與服務(wù)器進(jìn)行交互，服務(wù)器再通過(guò)數(shù)據(jù)接口將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶(hù)，接口函數(shù)的主要代碼如下。

3 小程序界面展示

圖6是智能酒店的“首頁(yè)”展示圖，在這個(gè)界面主要展示了服務(wù)和工作臺(tái)2個(gè)主要類(lèi)別，工作臺(tái)包含了房間總閘、設(shè)備控制，我的訂單用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要點(diǎn)擊后，進(jìn)入到相應(yīng)的頁(yè)面即可使用此功能。界面下面展示的電源按鈕沒(méi)亮，代表無(wú)人，反之代表有人。將頁(yè)面向右滑動(dòng)可以切換到“安全”的界面，繼續(xù)向右滑動(dòng)可進(jìn)入“我”的界面。

圖6 設(shè)備控制介紹界面

圖7是設(shè)備控制的主界面圖，在這里可以直接看到客房的溫度和濕度，它的數(shù)據(jù)來(lái)自客房的溫濕度傳感器，并每隔5 min更新一次數(shù)據(jù)，界面最上圓圈面4條橫杠全變白表示收集與客房設(shè)備連接成功，下面各個(gè)方框是連接各臺(tái)設(shè)備的按鈕，任意點(diǎn)擊就會(huì)進(jìn)入到控制設(shè)備的界面，可以打開(kāi)、關(guān)閉或者調(diào)節(jié)設(shè)備狀態(tài)。

圖7 設(shè)備控制介紹界面

圖8是節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件連接模型圖，左邊的藍(lán)色數(shù)據(jù)線連接電腦，用來(lái)創(chuàng)建服務(wù)器，體積最大的板是Arduino Mega控制面板，用紅色圈標(biāo)記的就是Esp8266通信模塊，其余的模塊都是傳感器，用杜邦線與控制板直接相連。

圖8 設(shè)備控制介紹界面

4 結(jié)束語(yǔ)

主要使用多維傳感器、小程序、Bomb云服務(wù)器、MySql數(shù)據(jù)庫(kù)搭建的擁有2種控制模式的節(jié)能控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制更為自由、方便，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)酒店能耗更為細(xì)化的處理，比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)有更好的節(jié)能效果，減少酒店能耗支出占比，既不影響用戶(hù)的住房體驗(yàn)，也讓酒店更具競(jìng)爭(zhēng)力。

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Energy-saving System in Hotels Based on Multi-dimensional Control

CHU Zhi-guang, LIGang, ZHANG Xing

（Computer Center, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

In order to effectively reduce the power consumption of hotel rooms and improve the power efficiency, an energy-saving control system in hotels is designed by combining automatic monitoring control with human control. In the design process, the sensor control in rooms and remote control of the program combined to mutually connect controller module of the equipment in rooms. The program development takes Bmob back-end cloud as the server, and realizes data exchange between users and servers through JSON parsing, and uses the MD5 encryption algorithm to assure the safety of data transmission, the sensors in guest rooms are multidimensional sensor module, they can work together to effectively control the equipment in rooms.

energy-saving system in hotels ; program; Bmob; MD5

TP311

A

1674-3261(2021)01-0015-04

10.15916/j.issn1674-3261.2021.01.004

2020-06-29

褚治廣(1980-)，男，遼寧錦州人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士。

責(zé)任編校：孫 林