基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能戶外公廁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李紅斌

摘要：為了強(qiáng)化公共衛(wèi)生間的智能化與信息化管理，全面提升城市公共設(shè)施智能化和人性化服務(wù)水平，借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算平臺(tái)等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)了智能戶外公廁系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件將廁所內(nèi)各主要環(huán)節(jié)的智能化傳感器設(shè)施及設(shè)備進(jìn)行連接，智能模塊設(shè)計(jì)了智能導(dǎo)廁、臭氣監(jiān)控、蹲位顯示以及人流識(shí)別等功能。它不僅能以更智能的方式實(shí)現(xiàn)公共衛(wèi)生間管理，解決人們的“拉撒”問(wèn)題，而且可為今后拓展商業(yè)及其他服務(wù)、大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用等奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能；公廁系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP212；TU242.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）35-0009-03

Design of Intelligent Public Toilet System Based on Internet of Things Technology

LI Hongbin（Suzhou Chien-Shiung Institute of Technology， Taicang Jiangsu 215411）

Abstract： In order to improve the intelligent and informatized management of public toilets， and comprehensively im？ prove the level of intelligent and humanized services of urban public facilities， with the help of advanced technologies such as the IoT technology and cloud computing platforms， the smart public toilet system has been designed. The main links in the toilet are connected through intelligent sensor facilities and equipment. Including functional mod？ ules such as intelligent toilet guidance， odor monitoring， squatting position display， and people flow recognition， which not only realizes public toilet management in a smarter way， but also solves people’s decentness. It has laid a good foundation for the future expansion of business and other services， and the development and application of big data.

Keywords： intelligence；public toilet system；Internet of Things

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，信息化和智能化水平不斷提升，公共服務(wù)設(shè)施迎來(lái)了智能化變革。公共廁所作為城市文明建設(shè)的一扇窗戶，近年來(lái)對(duì)其進(jìn)行智能化革新的研究不斷深入。董光光、歐家慶設(shè)計(jì)了一種智慧廁所系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)快速定位、查看廁所環(huán)境以及查看人流量等功能[1]。陳雪小基于樹(shù)莓派設(shè)計(jì)了一款可用于商場(chǎng)、寫字樓等公共場(chǎng)所的智慧廁所系統(tǒng)，通過(guò)紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）和溫濕度傳感器采集廁所信息，并可將數(shù)據(jù)發(fā)布到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)[2]。

筆者主要針對(duì)戶外環(huán)境設(shè)計(jì)一款模塊安裝式智能公廁系統(tǒng)，并且嚴(yán)格遵循相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)廁所服務(wù)功能進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，全面提升智能化和人性化服務(wù)水平，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)幫助用戶更容易找到附近的廁所位置，并且在進(jìn)入廁所前及時(shí)掌握實(shí)時(shí)蹲位占用情況。此外，在人流量較大的時(shí)候，智能公廁系統(tǒng)有助于及時(shí)分流，緩解公廁使用壓力。通過(guò)對(duì)人流量和環(huán)境空氣值的綜合分析，管理者可以更加準(zhǔn)確地把握各廁所現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況，及時(shí)安排清潔人員進(jìn)行維護(hù)清掃。

1設(shè)計(jì)原則

本設(shè)計(jì)主要參考的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）、《公共廁所衛(wèi)生規(guī)范》（GB/T 17217—2021）、《旅游廁所質(zhì)量等級(jí)的劃分與評(píng)定》（GB/T 18973—2016）、《糞便無(wú)害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）及《免水沖衛(wèi)生廁所》（GB/T 18092—2008）。

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）定義了環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于10μm的顆粒物稱可吸入顆粒物，環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物稱細(xì)顆粒物，并指出了年平均值、季平均值以及月平均值等算術(shù)平均值的計(jì)算方法。

《公共廁所衛(wèi)生規(guī)范》（GB/T 17217—2021）指出，公共廁所是城市的一項(xiàng)基礎(chǔ)衛(wèi)生設(shè)施。公共廁所的建筑面積和衛(wèi)生器具數(shù)量必須滿足服務(wù)范圍內(nèi)人群的需要；地面、墻裙、蹲臺(tái)面、小便池等應(yīng)采用光滑、便于沖洗、耐腐蝕、不易附著糞、尿垢的材料建筑；公共廁所的地址應(yīng)選擇在使用方便、地點(diǎn)適宜的地段，與飲食食品行業(yè)、托幼兒機(jī)構(gòu)和城市集中式給水點(diǎn)的距離應(yīng)在30 m以上；一類公共廁所應(yīng)設(shè)管理室；公共廁所的大便器之間必須設(shè)置隔斷和門，一類廁所的隔斷不得低于1.8 m；公共廁所必須安裝防蠅、防鼠設(shè)施；公共廁所的化糞池或儲(chǔ)糞池在建筑上應(yīng)做到密閉、有蓋、不滲漏，防止污染地下水。在重點(diǎn)旅游區(qū)設(shè)置公共廁所，應(yīng)符合一類水沖式廁所衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，必要時(shí)還可增加自動(dòng)（或腳踏）洗手設(shè)備、烘手器、梳妝室、機(jī)械通風(fēng)裝置以及必要的室內(nèi)美化、香化設(shè)施。對(duì)不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的城市公共廁所，主管部門應(yīng)制定規(guī)劃，分期分批進(jìn)行改建。

公廁主要衛(wèi)生具體指標(biāo)如表1所示?！堵糜螏|(zhì)量等級(jí)的劃分與評(píng)定》（GB/T 18973—2016）定義了廁所惡臭強(qiáng)度同惡臭氣體濃度及嗅覺(jué)感受的關(guān)系：當(dāng)氨氣質(zhì)量濃度在0.6 mg/m3時(shí)，正常嗅覺(jué)的感受是氣味很弱但能分辨其性質(zhì)；當(dāng)氨氣質(zhì)量濃度在2.0 mg/m3時(shí)，正常嗅覺(jué)的感受是很容易感覺(jué)到氣味。

2智能戶外公廁系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)感知設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)控制管理層和云端數(shù)據(jù)處理展示層3個(gè)層級(jí)組成，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)感知設(shè)備層主要由環(huán)境檢測(cè)傳感器、人體感應(yīng)傳感器、緊急報(bào)警按鈕等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成?，F(xiàn)場(chǎng)感知設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)可提供ZigBee、433 MHz超外差、藍(lán)牙、LoRa常規(guī)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線接口。現(xiàn)場(chǎng)控制管理層包括管理監(jiān)控系統(tǒng)和廁位引導(dǎo)系統(tǒng)。管理人員可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)上報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)云服務(wù)器，用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控及管理，而管理界面可通過(guò)超文本傳輸協(xié)議（Hyper Transfer Protocal，HTTP）和消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（Message Queue Telemetry Transport，MQTT）協(xié)議通信；廁所配備廁位引導(dǎo)系統(tǒng)大屏，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的可視化及公益宣傳等功能。云端數(shù)據(jù)處理展示層包括管理網(wǎng)頁(yè)和手機(jī)App，通過(guò)云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)云端及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)互通、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能[3]。

3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1使用狀態(tài)監(jiān)視

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了男廁、女廁及第三衛(wèi)生間坐便器、蹲便器使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)、使用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，可通過(guò)LED點(diǎn)陣屏或者LED指示燈條顯示男廁、女廁及第三衛(wèi)生間坐便器、蹲便器使用狀態(tài)指示。有人時(shí)顯示紅色，無(wú)人時(shí)顯示綠色。LED點(diǎn)陣屏可切換中英文顯示，在有人使用狀態(tài)可顯示已使用的時(shí)間。此外，還設(shè)計(jì)了男廁和第三衛(wèi)生間小便斗的使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)、使用時(shí)距離測(cè)量以及可使用距離的友情提醒。

3.2環(huán)境檢測(cè)

環(huán)境檢測(cè)設(shè)計(jì)了男廁、女廁及第三衛(wèi)生間實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)，包括溫度、濕度、氨氣、H2S、PM2.5、PM10及CO2等。

3.3報(bào)警

廁位旁邊配備一鍵報(bào)警按鈕，管理間配備聲光報(bào)警器。用戶如出現(xiàn)緊急情況，可輕觸一鍵報(bào)警開(kāi)關(guān)報(bào)警，同時(shí)在管理間的聲光報(bào)警器會(huì)持續(xù)發(fā)出一段時(shí)間的聲光報(bào)警，以便管理間工作人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。報(bào)警消息也會(huì)發(fā)送到云平臺(tái)，方便遠(yuǎn)程管理人員第一時(shí)間收到[4]。

3.4中控大屏

中控大屏設(shè)計(jì)包括廁位占用情況、環(huán)境信息的實(shí)時(shí)顯示、男廁女廁及第三衛(wèi)生間使用人數(shù)統(tǒng)計(jì)顯示以及基于位置信息的自動(dòng)天氣預(yù)報(bào)信息顯示，還可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)防疫宣傳、垃圾分類等公益廣告圖片的輪播展示。

3.5管理間監(jiān)控界面

管理間監(jiān)控界面可實(shí)時(shí)顯示各個(gè)設(shè)備的在線狀態(tài)、離線狀態(tài)及傳感器工作狀態(tài)。同時(shí)，各傳感器狀態(tài)同步至云端服務(wù)器，提供網(wǎng)頁(yè)及小程序等方式，可以連接至云服務(wù)器，實(shí)時(shí)獲取廁所的相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。

4關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

4.1物聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)要求可接收Z(yǔ)igBee、433 MHz超外差、藍(lán)牙、LoRa等常見(jiàn)無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通信信號(hào)，具備USB、RS232、CAN、RS485常規(guī)有線通信功能，并具備無(wú)線組網(wǎng)功能。因此，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)要選擇通信接口兼容性強(qiáng)的設(shè)備，具體硬件參數(shù)指標(biāo)如表2所示[6]。

4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)

環(huán)境檢測(cè)單元包括溫度、濕度、PM2.5、PM10、氨氣、H2S、CO2及煙霧檢測(cè)等，采用模塊化設(shè)計(jì)，無(wú)線組網(wǎng)，既是終端也是中繼，時(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)到物聯(lián)網(wǎng)關(guān)。檢測(cè)通過(guò)激光人體傳感器、氨氣及硫化氫傳感器、溫濕度傳感器、空氣中微小顆粒物傳感器以及二氧化碳傳感器等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)廁位占用指示燈、液晶顯示屏等設(shè)備進(jìn)行信號(hào)輸出與顯示，同時(shí)配備手機(jī)小程序和電腦后臺(tái)監(jiān)控軟件。具體傳感器參數(shù)如表3所示。

5結(jié)語(yǔ)

為改善城市環(huán)境衛(wèi)生，創(chuàng)建衛(wèi)生城市，保障人們的身體健康，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和旅游事業(yè)的發(fā)展，在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)了一款針對(duì)戶外公廁的智能系統(tǒng)。它不僅可以顯示廁位平面圖、廁內(nèi)環(huán)境等信息，還可以顯示公告信息及其他多媒體信息等，支持云端遠(yuǎn)程配置，可隨時(shí)調(diào)整顯示內(nèi)容或信息。該系統(tǒng)有效提高了公廁的智能化管理水平，提升了人們對(duì)公廁使用體驗(yàn)的舒適感。

參考文獻(xiàn)：

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