智慧型寫字樓自主調(diào)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

摘要：智慧型寫字樓是智慧城市建設(shè)中不可或缺的一環(huán)，它通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種設(shè)備、傳感器、控制器等連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)寫字樓內(nèi)部的環(huán)境、安防、能耗等方面進(jìn)行全面監(jiān)控和精細(xì)化管理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中消防、新風(fēng)、照明、門禁和溫濕度調(diào)控等功能模塊間的數(shù)據(jù)交互和軟件設(shè)計(jì)，直接關(guān)系到系統(tǒng)的效率和質(zhì)量。文章基于阿里云ECS服務(wù)器，采用JSON技術(shù)對(duì)系統(tǒng)各模塊的數(shù)據(jù)包進(jìn)行交互，使用C語言和MySQL實(shí)現(xiàn)了智慧型寫字樓自主調(diào)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的快速交換和軟件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，為智慧型寫字樓管理提供了一種有益的解決方案。

關(guān)鍵詞：智慧型寫字樓；物聯(lián)網(wǎng)；智能化；數(shù)據(jù)包交換

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）32-0035-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

0 引言

智慧型寫字樓是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種設(shè)備、傳感器、控制器等連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)寫字樓內(nèi)部的環(huán)境、安防、能耗等方面進(jìn)行全面監(jiān)控和精細(xì)化管理的系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，如何實(shí)現(xiàn)和提高各功能如消防、新風(fēng)、照明、門禁和溫濕度調(diào)控等模塊間的數(shù)據(jù)交互和控制，直接關(guān)系到系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性[1]。

1 軟件總體設(shè)計(jì)

主函數(shù)程序首先進(jìn)行初始化處理，初始化后對(duì)中斷串口進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)產(chǎn)生中斷后，優(yōu)先執(zhí)行中斷，隨后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并在顯示屏上顯示，采集到的數(shù)據(jù)與單片機(jī)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行判斷，若沒有異常，則上傳數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，向阿里云ECS服務(wù)器上報(bào)異常情況，阿里云ECS服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，解析存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給手機(jī)App，手機(jī)App下發(fā)指令，串口監(jiān)聽，并執(zhí)行相應(yīng)操作[2]。主函數(shù)流程圖如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)包格式規(guī)定

各個(gè)子系統(tǒng)、服務(wù)器和手機(jī)App采用JSON數(shù)據(jù)包進(jìn)行交互，因?yàn)榭紤]到物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備常采用JSON或XML數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而JSON易于閱讀和編寫，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成，所以選擇使用JSON數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸[3]。

系統(tǒng)采用自定義的JSON交互格式，下面以App 下發(fā)開門指令為例。

格式：

“{ Sender”： “phone”， “address”： “{ Receiver”： “door”“， event”“： open_door”“， value”：1}}

第一個(gè)屬性名Sender 表示發(fā)送這條數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，phone是App節(jié)點(diǎn)名稱。第二個(gè)address是將數(shù)據(jù)的起始地址與目的地址分隔開，使其更加有層次感，address里的是目的地需要解析處理的內(nèi)容。第三個(gè)屬性名Receiver表示目的地節(jié)點(diǎn)，door是門禁系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)名稱。第四個(gè)屬性名event是代表事件，比如open_door代表開門，open_linght代表開燈。第五個(gè)屬性名value代表數(shù)據(jù)，如果是控制執(zhí)行器，則用1 和0表示開關(guān)，如果是上傳傳感器數(shù)據(jù)，則發(fā)送整形或者浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。

3 各功能模塊軟件設(shè)計(jì)

3.1 新風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

新風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)集成在一起，該系統(tǒng)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和連接阿里云ECS服務(wù)器操作。系統(tǒng)主要通過監(jiān)聽串口中斷和定時(shí)器中斷，進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的操作。如果串口產(chǎn)生中斷，解析JSON數(shù)據(jù)，將解析的JSON數(shù)據(jù)放入switch函數(shù)中，執(zhí)行相應(yīng)的功能，執(zhí)行完后，清空內(nèi)存，避免內(nèi)存溢出，再次等待；如果定時(shí)器2產(chǎn)生中斷，則執(zhí)行傳感器數(shù)據(jù)采集的操作，并通過本地判斷，執(zhí)行相應(yīng)的操作，最后將數(shù)據(jù)打包上傳阿里云ECS數(shù)據(jù)庫；如果火焰?zhèn)鞲衅鞔跈z測到異常，關(guān)閉定時(shí)器2，打開定時(shí)器3，打開蜂鳴器和水泵，再將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器，當(dāng)定時(shí)器3產(chǎn)生中斷，則再次判斷火焰是否熄滅，如果沒有，再次執(zhí)行數(shù)據(jù)上傳操作，如果熄滅，則打開定時(shí)器2，關(guān)閉定時(shí)器3。

3.2 門禁系統(tǒng)和室內(nèi)安防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

門禁系統(tǒng)和室內(nèi)安防系統(tǒng)集成在一起，該系統(tǒng)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和連接阿里云ECS服務(wù)器操作。系統(tǒng)主要通過監(jiān)聽串口中斷，進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的操作。當(dāng)App下發(fā)open_door事件指令時(shí)，表示開門，當(dāng)發(fā)送leave表示離家，發(fā)送sleep表示回家，此時(shí)室內(nèi)安防系統(tǒng)啟動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境情況。門禁系統(tǒng)和室內(nèi)安防系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

3.3 溫濕度調(diào)控系統(tǒng)和智能窗戶調(diào)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

溫濕度調(diào)控系統(tǒng)和智能窗戶調(diào)控系統(tǒng)集成在一起，該系統(tǒng)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和連接阿里云ECS服務(wù)器操作。系統(tǒng)主要通過監(jiān)聽串口中斷和定時(shí)器中斷，進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的操作。如果串口接收到數(shù)據(jù)，通過解析JSON數(shù)據(jù)，將解析到的結(jié)果進(jìn)行判斷，從而控制執(zhí)行器運(yùn)行。當(dāng)定時(shí)器產(chǎn)生中斷，此時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)采集溫濕度，由于室內(nèi)溫度一般控制在24～26℃之間，所以當(dāng)溫度低于24oC或者高于26℃時(shí)，空調(diào)自動(dòng)啟動(dòng)[4]。采集完溫濕度后，系統(tǒng)再進(jìn)行噴霧情況、紫外線等級(jí)、光照度采集，并通過本地判斷，執(zhí)行相應(yīng)的操作，最后將數(shù)據(jù)打包上傳阿里云ECS數(shù)據(jù)庫。溫濕度調(diào)控系統(tǒng)和智能窗戶調(diào)控系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

3.4 照明系統(tǒng)和智能管家系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)和智能管家系統(tǒng)集成在一起，該系統(tǒng)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和連接阿里云ECS服務(wù)器操作。系統(tǒng)主要通過監(jiān)聽串口中斷，進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的操作。當(dāng)數(shù)據(jù)App下發(fā)控制照明的指令，RGB燈亮不同的燈。串口3監(jiān)聽離線語音助手下發(fā)的數(shù)據(jù)。

3.5 阿里云TCP 服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)

阿里云ECS服務(wù)器使用C語言搭建，調(diào)用Socket 函數(shù)搭建TCP服務(wù)器，并且使用poll函數(shù)實(shí)現(xiàn)多線程方式，再調(diào)用MySQL.h庫函數(shù)訪問MySQL數(shù)據(jù)庫[5]。

1） TCP傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的、可靠的運(yùn)輸層協(xié)議，其中面向連接是指使用TCP通信之前，通信實(shí)體必須在彼此之間先建立一個(gè)TCP連接，傳輸完畢后也必須釋放這個(gè)連接，這個(gè)連接相當(dāng)于一條全雙工的可靠信道，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

2） Socket通信機(jī)制把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議隱藏起來，為應(yīng)用提供了一組友好的支持通信功能的接口。Socket通信的基本過程可以簡單分為建立連接、數(shù)據(jù)通信和釋放連接3個(gè)部分。

3） 兩個(gè)需要通信的應(yīng)用各建立一個(gè)Socket，主動(dòng)連接的一端一般稱為客戶端，被動(dòng)連接的一端稱為服務(wù)器端。服務(wù)器端和客戶端的連接建立成功后，應(yīng)用通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的Socket通信接口進(jìn)行消息的發(fā)送和接收，達(dá)成應(yīng)用間通信的目的。

4） 服務(wù)器端搭建流程如圖4所示。

3.6 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在MySQL數(shù)據(jù)庫中，首先創(chuàng)建homestay庫，再分別創(chuàng)建存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用的表。下面以MQ135表用于存儲(chǔ)空氣質(zhì)量傳感器的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

MQ135表用于存儲(chǔ)空氣質(zhì)量傳感器的數(shù)據(jù)，其中id字段是編號(hào)，mq135字段用于存儲(chǔ)空氣質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)，create_time字段自動(dòng)添加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。表結(jié)構(gòu)和ER圖如表1和圖5所示。

3.7 手機(jī)客戶端軟件設(shè)計(jì)

使用Android Studio 開發(fā)手機(jī)App，App 通過Socket 與TCD8iqHGPa18I7rImyZP+5gM7teY7XPRaBJl4tALKT1KE=P 服務(wù)器進(jìn)行連接，并通過訪問服務(wù)器MySQL數(shù)據(jù)獲取寫字樓各項(xiàng)數(shù)據(jù)。App還可以下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件端的控制[6]。App由多個(gè)界面構(gòu)成，其中MainActivity為主界面，doorActivity界面實(shí)現(xiàn)的是控制門鎖開關(guān)的功能，environmentActivity界面將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，kongtiaoActivity界面實(shí)現(xiàn)的是控制空調(diào)的開關(guān)功能，lightActicity界面實(shí)現(xiàn)的是控制室內(nèi)燈光功能，windowActicity界面實(shí)現(xiàn)的是控制窗戶開關(guān)功能，phoneverify界面實(shí)現(xiàn)是用戶使用短信登錄到智慧民宿控制界面的功能，registeredActivity界面實(shí)現(xiàn)的是用戶注冊(cè)房間的功能。

MainActivity界面設(shè)計(jì)。MainActivity界面主要實(shí)現(xiàn)連接阿里云TCP服務(wù)器和界面的跳轉(zhuǎn)功能，當(dāng)用戶點(diǎn)擊短信驗(yàn)證系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到phoneverify界面，當(dāng)用戶點(diǎn)擊首頁，系統(tǒng)會(huì)跳轉(zhuǎn)到registeredActivity界面。

Phoneverify 界面設(shè)計(jì)。MainActivity 界面主要實(shí)現(xiàn)用戶通過短信驗(yàn)證的方式跳轉(zhuǎn)到doorActivity界面。系統(tǒng)首先使用MobTech平臺(tái)提供的SMMSDK連接到短信驗(yàn)證平臺(tái)服務(wù)器，隨后用戶輸入手機(jī)號(hào)，系統(tǒng)將用戶輸入的手機(jī)號(hào)與數(shù)據(jù)庫中所存的手機(jī)號(hào)進(jìn)行匹配，如果存在，則向MobTech平臺(tái)申請(qǐng)驗(yàn)證碼，如果不存在，則彈出提示。當(dāng)用戶輸入驗(yàn)證碼后，系統(tǒng)將用戶輸入的驗(yàn)證碼反饋給平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，如果無誤，則跳轉(zhuǎn)到doorActivity界面。

控制指令端界面設(shè)計(jì)?？刂浦噶疃私缑嬗蒬oor?Activity 界面、kongtiaoActivity 界面、windowActicity 界面、lightActicity界面構(gòu)成，各個(gè)子界面由一個(gè)或多個(gè)按鈕組成，實(shí)現(xiàn)用戶點(diǎn)擊按鍵，App下發(fā)數(shù)據(jù)到服務(wù)器，服務(wù)器再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到硬件端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制功能。

EnvironmentActivity 界面設(shè)計(jì)。environmentActi?vity界面通過訪問MySQL數(shù)據(jù)庫，獲取homestay庫中各個(gè)表存儲(chǔ)的最新數(shù)據(jù)，并將其顯示到UI界面中。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)采用C語言、阿里云平臺(tái)、MySQL等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智慧型寫字樓自主調(diào)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。經(jīng)過性能測試，各功能模塊均能正常使用，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，提高了寫字樓的管理水平。

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【通聯(lián)編輯：梁書】