基于云計算平臺的智能寢室管理系統(tǒng)的設計

方佳奇 孫玉妹 李燕 李吳 張雙威 寧仁霞

摘要 云計算和大數(shù)據(jù)的發(fā)展日新月異，為其他應用提供平臺和發(fā)展契機。本文利用云計算平臺和無線通信系統(tǒng)，設計一套具有安全管理，智能控制和互動平臺的智能寢室管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)從學生的學習生活習慣出發(fā)，從智能化控制到安全管理的設計，滿足學生需求的同時也給管理者的管理提供便利且能夠得到數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息。該系統(tǒng)具有適用性強，成本低等特點，為該系統(tǒng)的實際應用提供技術支持。

【關鍵詞】云計算 智能寢室 無線通信

云技術是一種托管技術，結合硬件、軟件、網絡和廣域網或局域網資源，實現(xiàn)計算、存儲、處理和共享的數(shù)據(jù)。云計算技術不受時間和地點的限制，用戶可以在任意時間、任意地點使用各種終端并獲取應用服務。相比傳統(tǒng)的智能硬件平臺，人們在通過云計算技術進行智能平臺設計時，只需關注數(shù)據(jù)采集和應用設計，而將服務器架設、大數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)分析、Web應用發(fā)布、安全驗證、系統(tǒng)維護等問題交由云計算平臺解決。這不僅大幅降低平臺建設成本，也提高了用戶彈性擴展能力、平臺服務能力和安全系數(shù)。

智能家居系統(tǒng)現(xiàn)在主要圍繞著“家庭”來進行，對于廣大學生來說，寢室就是學生的“家”。寢室的結構與環(huán)境與個人家庭有很大的區(qū)別?；诖?，想要重新審視智能家居系統(tǒng)，按照寢室的現(xiàn)實需要進行重新構想，使學生寢室智能化，進而改變學生的生活。因此，本工作在云計算平臺基礎上，從開發(fā)運營成本、安全等方面考慮并結合學生宿舍的特點，設計了一種新型智能化宿舍管理云平臺。

1 智能寢室功能設計

智能寢室指的是以人文精神為主，通過電子硬件和軟件編程技術，對學生宿舍進行智能化管理和服務，能夠更加貼合學生生活習慣，方便學生學習和生活的管理系統(tǒng)。本設計主要從寢室自身安全管理、學生遠程智能控制和宿舍報修管理服務等方面設計一套寢室管理系統(tǒng)，利用云計算平臺實現(xiàn)宿舍管理通信互動平臺，通過無線通信實現(xiàn)智能化管理和控制系統(tǒng)。寢室自身管理系統(tǒng)主要包括：防火報警、寢室光環(huán)境檢測與自控和溫濕度檢測與自控。當傳感器檢測出以上信息時，寢室自身管理系統(tǒng)將會按照系統(tǒng)默認設置進行報警與自我調控。同時學生可以使用手機客戶端實現(xiàn)對電器如燈、空調、電風扇等電器的遠程啟閉功能，寢室的電器啟閉數(shù)據(jù)通過網絡上傳到云端，學生以及宿舍管理人員能夠實時的查看相關數(shù)據(jù)。當寢室出現(xiàn)相關故障需要維修或維護時，學生可在宿管平臺上和管理員進行信息互動，實現(xiàn)智能報修功能。

2 智能寢室系統(tǒng)設計

2.1 寢室自身管理系統(tǒng)設計

作為學生寢室，為了防止在學生外出期間的火災發(fā)生，設計防火報警機制尤為重要。防火報警系統(tǒng)需要盡可能地降低成本和誤報幾率，又必須達到準確、及時的報警效果。煙霧傳感器會實時地檢測寢室環(huán)境數(shù)據(jù)并上傳給主控電路，當檢測到煙霧產生并達到設定的危險濃度指數(shù)時，主控電路會向聲光報警裝置下達指令，聲光報警裝置響應，引起周圍寢室的關注，為及時救火提供可能。同時，為了盡快地通知宿舍管理人員，主控電路在會將火災信息通過GMS網絡發(fā)送給宿舍管理人員的手機上，進而管理人員能夠第一時間知曉火災的位置并進行相應的處理。系統(tǒng)總體如圖1所示。

為了讓學生寢室變得更加舒適宜居，寢室自身管理系統(tǒng)中的光環(huán)境與溫濕度檢測與自控就是為了能夠最大程度地為學生提供適合的溫濕度與光環(huán)境。根據(jù)研究表明，人們的最適宜居住溫濕度為冬天18-25℃和30%-80%，夏天23-28℃和30%-80%。在此環(huán)境中，人們會感到精力充沛，思維活躍，心情舒暢。因此，本設計將通過溫濕度傳感實時檢測寢室的溫濕度環(huán)境，溫濕度數(shù)據(jù)上傳給主控電路，主控電路對比已有數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)，發(fā)出相關指令控制排氣扇與加濕器工作，使得環(huán)境溫濕度達到適宜參數(shù)。在營造適宜的溫濕度環(huán)境下，本設計將利用光強檢測模塊實時地監(jiān)控寢室光環(huán)境，當光環(huán)境不滿足學生設定的要求時，反饋數(shù)據(jù)至主控電路，電路通過控制照明燈的啟閉來實現(xiàn)光環(huán)境的調控。系統(tǒng)總體如圖2所示。

2.2 學生遠程智能控制系統(tǒng)設計

為了能夠讓學生通過手機客戶端就可以實現(xiàn)遠程控制自己寢室電器的啟閉，同時讓寢室電器的使用數(shù)據(jù)與寢室內部環(huán)境參數(shù)及時地上傳到云端以供使用人員查看。智能寢室學生遠程控制系統(tǒng)通過比較當下比較幾種常見的遠程控制方案，最終決定選取Wi-Fi控制方案。雖然Wi-Fi的價格昂貴，通訊距離最高僅達305米，甚至在封閉區(qū)域，其通訊距縮短為76米到122米，并功耗與體積相對較大。但在現(xiàn)有校園環(huán)境下，無處不在的Wi-Fi網絡為其提供了很好的網絡環(huán)境，同時Wi-Fi更是現(xiàn)有遠程控制方案中較為成熟的一種方案。

實現(xiàn)基于Wi-Fi網絡的遠程控制系統(tǒng)，主要是先將各部分控制開關連接到主控電路上，主控電路會時時刻刻采集各部分開關的信息并將該類信息通過寢室內Wi-Fi網絡上傳至云平臺。此時，用戶可以和主控電路處于相同Wi-Fi網絡，亦可使用移動網絡來讀取己上傳至云平臺的寢室信息，并通過指定客戶端對云平臺中模擬開關狀態(tài)進行修改，修改完成后，云端狀態(tài)數(shù)據(jù)下達至寢室內主控電路，主控電路響應，最終實現(xiàn)遠程控制。該方案以云平臺為媒介，數(shù)據(jù)的上傳與讀取，指令的下達與執(zhí)行，都不是以直接的方式實現(xiàn)，但正是這種方式解決了Wi-Fi無法無限遠程控制的弊端。該方案的系統(tǒng)設計總體框圖如圖3所示。

2.3 宿舍報修管理服務系統(tǒng)設計

當寢室用電數(shù)據(jù)上傳是云平臺之后，各部分的用電數(shù)據(jù)都將被處理為圖表，無論是宿舍管理人員還是學生用戶都能夠利用終端設備查看這些數(shù)據(jù)，當存在下達啟動電器指令但該路電器用電量或是開關狀態(tài)仍為關閉時，可輔助判斷可能存在電器故障，此時宿舍管理人員可選擇前來查看并維修，同時為了防止特別情況，用電數(shù)據(jù)圖無法反映電器故障，學生用戶可通過平臺直接與宿管人員進行報修。

3 智能寢室系統(tǒng)中權限規(guī)定

由于智能寢室系統(tǒng)中的控制主體分為三類一一寢室自身、學生用戶、宿管人員。為了讓寢室更便于管理，系統(tǒng)設計之初就為三類控制主體分配了不同的管理權限。寢室自身僅在學生用戶，宿管人員授權之下，方可進行自我調控;當學生用戶或宿管人員取消授權時，寢室自身的自我調控將關閉，此時學生用戶或宿管人員都擁有寢室的控制權，但宿管人員的管理權限最高，一般情況下，宿管人員默認授權給學生用戶，但在欠費，漏電等特殊情況下，宿管人員可禁止學生用戶的控制權。具體權限規(guī)定如圖4所示。

4 總結

本智能寢室系統(tǒng)基于云平臺實現(xiàn)了三類主體控制寢室的目的，同時利用無線網絡實現(xiàn)了防火預警、宿舍信息采集、客戶端遠程控制等功能。當今，智能家居市場越來越火熱，但在物聯(lián)網技術尚未徹底成熟的市場背景下，使用Wi-Fi遠程控制以及基于云計算的智能寢室系統(tǒng)，能夠有效地利用學校自身的資源同時更加高效地處理龐大的寢室用電數(shù)據(jù)。云計算與智能寢室的結合，能夠讓數(shù)據(jù)變得更加可視化，同時使得寢室控制更加的智能化。

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