青島職業(yè)技術學院 都妍美

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)設計

青島職業(yè)技術學院 都妍美

高校需要不斷管理完善學生宿舍，隨著物聯(lián)網(wǎng)在校園內(nèi)部的大量應用，高校在管理宿舍過程中也采用了這一方法，便于管理、容易保存和查找，再與國外高校先進管理方法的有機結(jié)合，使得基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)管理越加可行。本文主要分析了學生宿舍基本情況，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)功能，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)設計。

物聯(lián)網(wǎng)技術；智慧宿舍系統(tǒng)；設計

1 學生宿舍概述

1.1 分配管理學生宿舍

學生宿舍統(tǒng)一管理分配新生、宿舍信息、畢業(yè)生的退學、調(diào)換學生寢室等，管理者必須充分了解學生個人以及寢室內(nèi)部狀況。學生進步校園首先要做的就是調(diào)配宿舍，管理者此時必須聯(lián)系新生具體情況科學安置。這一過程必須嚴格遵守相關規(guī)定科學分配，同時將學生的床位、櫥柜等用品準確登記。

1.2 管理學生宿舍水電

對宿舍日常事務嚴格管理，具體包括繳納水電費，是否存在私用水電情況，定時關燈，開通網(wǎng)絡等。

宿舍管理做關鍵的環(huán)節(jié)就是水電網(wǎng)，新學期需要管理人員統(tǒng)一統(tǒng)計各個宿舍的水電，為了環(huán)保安全、節(jié)省用電用水，需要規(guī)范管理學生，管理者定期檢查照明情況，并且抽查用水具體情況，及時發(fā)出警示。

1.3 管理學生宿舍的衛(wèi)生文明建設

學生宿舍可以充分表現(xiàn)出學生的基本素質(zhì)，其也代表了學校規(guī)劃建設的主要特點。為了營造一個舒適、清潔、便利的學習生活環(huán)境，管理者必須不斷強化宿舍的衛(wèi)生文明工作。

1.4 管理學生宿舍安全

學生宿舍的財產(chǎn)不但有公共財產(chǎn)還有私人財產(chǎn)，如此便需要對公共財產(chǎn)準確統(tǒng)計并且實行必要的安全管理。例如對于假期并不離校的學生，必須對宿舍實施合理安排，這樣有利于集中管理，保證學生的人身安全。管理者應當對宿舍開展嚴格的檢查，具體監(jiān)督內(nèi)容有宿舍內(nèi)部的衛(wèi)生狀況、用水電問題等，特別提醒學生不要將個人貴重物品存放在宿舍中。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)功能

2.1 限電功能

（1）宿舍房間內(nèi)的電源定時進行供電，充分確保學生獲得休息；（2）合理限定宿舍房間內(nèi)部的用電量，確保安全用電；（3）對出現(xiàn)違章電器的宿舍房間進行準確判斷識別，并且及時切斷電源；（4）去除違章電器后延遲10秒自行恢復供電；（5）保證宿舍房間人走斷電。

2.2 場景功能

（1）利用智能控制系統(tǒng)對學生的起床場景、休息場景和安全逃生經(jīng)常進行設置；（2）可以自動啟動場景設置，還可以通過學生自主啟動。

2.3 職能防盜防火功能

（1）科學應用各種感測系統(tǒng)以及防盜警報、消防警報等系統(tǒng)；（2）自行識別與處理進出宿舍的學生以及外來人員，并且及時登記；（3）對該系統(tǒng)進行組網(wǎng)，達到實時遠程監(jiān)控，并且聯(lián)系危機情況自行報警。

2.4 多種方式控制

（1）學生可以通過遙控器或者電腦在給定權限內(nèi)控制宿舍內(nèi)部的燈光或者公共用電設備；（2）學生可以通過電腦對外來訪客情況進行了解，并且判斷是否實行接待。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧宿舍系統(tǒng)設計

3.1 整體系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)設計的前提是ARM嵌入式系統(tǒng)，綜合架構有無線傳感設備、RFID、處理信息通訊技術。這一系統(tǒng)的主要功能是利用RFID技術對進出宿舍的人員進行記錄、對宿舍內(nèi)的照明、供電設備實行遠程監(jiān)控。智慧宿舍系統(tǒng)從結(jié)構角度可劃分為頂層應用、網(wǎng)絡傳輸和底層感知三個層次。應用層次包括Android操作程序以及有關的服務器。在系統(tǒng)網(wǎng)絡層次中，將服務器構建在外網(wǎng)通信的核心位置，而內(nèi)部通信建立和傳輸信息之間通過宿舍網(wǎng)絡進行連接。將ZigBee至于開發(fā)板上并且對其實施擴展令其作為宿舍網(wǎng)關，具體功能是對宿舍內(nèi)外部網(wǎng)絡積極連接以及交換信息。系統(tǒng)的感知層析則是通過ZigBee實現(xiàn)協(xié)議的無線近距離傳輸，進一步建立宿舍內(nèi)部網(wǎng)絡通信，對不用終端節(jié)點模塊積極擴展進而實現(xiàn)相應功能。

3.2 智慧宿舍系統(tǒng)硬件設計

3．2．1 嵌入式網(wǎng)關設計

Linux內(nèi)核可以有效支撐驅(qū)動和串行通信接口驅(qū)動，并給TCP協(xié)議提供了支持，對網(wǎng)絡通信程序進行設計。作為智慧宿舍內(nèi)部的網(wǎng)關，必須及時處理服務器發(fā)出的控制信息，分析之后利用串行通信方式向協(xié)調(diào)器進行傳輸，最終獲取和傳輸網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

3．2．2 ZigBee節(jié)點設計

宿舍內(nèi)部環(huán)境中，ZigBee無線網(wǎng)絡作為設備發(fā)揮通訊功能的基礎。在智慧樹宿舍整體規(guī)模下，也可以理解為網(wǎng)絡傳輸規(guī)模有限，存在著大量節(jié)點，宿舍內(nèi)部可以應用星形網(wǎng)絡構架。在真實環(huán)境中構建網(wǎng)絡體系，結(jié)合設備相關構造可以將設備劃分為協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點。

（1）ZigBee協(xié)調(diào)器

ZigBee組網(wǎng)特點是自組織。整個ZigBee網(wǎng)絡主要是由ZigBee協(xié)調(diào)器構成，達到傳輸網(wǎng)絡內(nèi)外部之間的數(shù)據(jù)，同時準確連接嵌入式智慧樹宿舍網(wǎng)關，達到傳輸信息以及發(fā)布指令的目的。

（2）終端節(jié)點

安全是在學生宿舍內(nèi)部管理中應首要考慮的因素。最終我們需要設置的終端節(jié)點，主要包括控制門禁節(jié)點、照明與插座監(jiān)控節(jié)點、窗簾自動控制節(jié)點等。

第一，控制門禁節(jié)點。RFID門禁系統(tǒng)通過高頻射頻識別裝置，可以對一般類型的學生校園卡實行迅速和準確的識別，采取驅(qū)動電路對門閥積極操控。由于需要ZigBee終端節(jié)點對門禁系統(tǒng)有效操控，通過無線網(wǎng)絡傳感技術，便于達到手機遠程操作的目的。當產(chǎn)生開門需要時，單擊系統(tǒng)上的開門裝置，利用互聯(lián)網(wǎng)和ZigBee網(wǎng)絡向控制門禁節(jié)點傳送信息，利用節(jié)點控制門閥實現(xiàn)開門。同時，還可以通過網(wǎng)絡遠程嚴格管理門禁系統(tǒng)，當要求迅速鎖定某一卡號時，通過鎖定設備對射頻失效準確識別；要求立刻恢復時，可以采取解鎖設備達到。

第二，照明與插座監(jiān)控節(jié)點?；旧系韧陂T禁節(jié)點，單片機利用驅(qū)動電機操作電動與插座等繼電器，進而對電燈和用電設備嚴格操控。當獲得網(wǎng)絡傳送的指令信息時，ZigBee終端節(jié)點迅速實施相關控制命令，從而準確操作電燈以及用電設備，有效對學生宿舍電氣設備嚴格操控，利用無接觸式對電器件積極操控，保證了用電的安全性。

窗簾控制是指通過單片機驅(qū)動電機驅(qū)動模塊，與門禁系統(tǒng)的原理基本上相同。當對應的控制命令傳送至該終端節(jié)點，就能促使驅(qū)動電機對窗簾的開關動作進行控制，這樣便于根據(jù)實際需求進行控制窗簾的開關情況，以確保合理控制室內(nèi)的采光度。

3.3 智慧宿舍系統(tǒng)軟件設計

3．3．1 服務器程序設計

建立在IP固定服務器上的服務器程序，其最主要的功能是積極連接手機客戶端以及TCP嵌入式系統(tǒng)的通信線程。當嵌入式連接系統(tǒng)和服務器建立之后，服務器建立對應線程及其通信，當有效連接手機客戶端時，建立另一服務器線程和通信系統(tǒng)，服務器之間迅速傳送通信信息，最終促使兩個客戶端線程之間完成通信。

3．3．2 設計應用程序

應用程序是用戶對宿舍的客戶端進行遠程訪問控制。設計應用程序便是和相應的ZigBee節(jié)點，設計為門禁操控按鈕、電燈開關、插座控制器以及窗簾開合裝置。第一次安裝登陸應用程序時，可以綁定手機號碼，以便提升系統(tǒng)安全度。登陸之后通過服務器連接TCP，按鈕操作會將對應的控制指令發(fā)送給服務器，實現(xiàn)控制目標。

3.4 防火防盜警報系統(tǒng)

安全警報系統(tǒng)具體包括了網(wǎng)絡視頻攝像機、安防、各類后端探頭。具體功能見下：

（1）防盜警報系統(tǒng)支持網(wǎng)絡自動將警報信息發(fā)送到該宿舍房間內(nèi)成員以及管理人員的手機上，并且結(jié)合具體情況上報給校內(nèi)的安保部門。（2）防火警報功能可以借助網(wǎng)絡自動把警報信息發(fā)送給宿舍全部成員以及管理人員手機上，并且結(jié)合具體情況自行與火警聯(lián)系。（3）求救求助功能支持通過網(wǎng)絡把求助信息發(fā)送給宿舍管理人員手機上，或者與保安、警察及其醫(yī)院實行選擇性聯(lián)系。（4）接警中心管理計算機獲得警報信息之后立刻能夠搜索到報警點矢量位置，提示警報點在宿舍內(nèi)部的具體位置，并且利用聲光方式向有關人員發(fā)出提醒訊號使其可以及時處理。（5）探頭警報訊息惡意利用智能中控器自行連接室內(nèi)設備，例如：夜間報警可以自行打開所在位置的燈光。（6）可以聯(lián)動控制網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，自行把警報所在地區(qū)的視頻圖像傳輸給控制智慧宿舍終端手機上。（7）如果出現(xiàn)錯誤警報，可以利用手機或者電腦登陸智慧宿舍管理系統(tǒng)錄入正確的信息以后，在利用錄入警報取消密碼對其進行取消。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代化信息技術的不斷發(fā)展，人們逐步開始了解物聯(lián)網(wǎng)管理方式，由于高校逐年擴大招生規(guī)模，學生急劇增加，管理學校宿舍難度不斷在增大。基于物聯(lián)網(wǎng)智慧宿舍系統(tǒng)的應用無疑是很好的選擇。在宿舍管理中應用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，不但提高了工作效率，節(jié)省了大量成本，還縮短了管理時間，提升了管理能力，有利于學生運用，達到了對學生宿舍智能化管理的目標。

[1]彭悼平．高校學生宿舍管理信息系統(tǒng)的開發(fā)[J]．天津職業(yè)技術師范學院學報,2014(2)．

[2]周蕾,常晉義．基于物聯(lián)網(wǎng)的高校宿舍管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．計算機與現(xiàn)代化,2013(4)．

[3]謝紅標,徐爭前．基于Web的智能化宿舍管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．計算機時代，2013(7)．

都妍美（1979—），女，山東牟平人，講師，主要研究方向：應用電子技術。