楊 華，劉 紅，高語涵，周先軍

（湖北工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430068）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，資源共享成為這個(gè)時(shí)代發(fā)展的重要趨勢。由于共享產(chǎn)品方便便捷、價(jià)格實(shí)惠，受到了越來越多的人的認(rèn)可[1]。而且現(xiàn)如今人們對(duì)睡眠質(zhì)量的關(guān)注也在逐步上升，因?yàn)樵诂F(xiàn)代快節(jié)奏、高壓力的生活中，大部分人睡眠無法得到保障[2]。

目前，市面上都是睡眠艙而不是睡眠蛋，無法給人足夠的安全感，且現(xiàn)有的睡眠艙沒有相應(yīng)的智能化服務(wù)，導(dǎo)致運(yùn)營者管理起來困難，使用者體驗(yàn)效果差。

針對(duì)以上情況，設(shè)計(jì)了一種基于共享經(jīng)濟(jì)下的智能睡眠蛋系統(tǒng)，可以全天24 h提供高質(zhì)量的在線服務(wù)。使用者只需要掃描二維碼，錄入個(gè)人信息，提交訂單并成功付費(fèi)，即可享受到一個(gè)安靜舒適、干凈便捷、智能的睡眠環(huán)境。

1 智能睡眠蛋系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

智能睡眠蛋的整體實(shí)現(xiàn)分為3層結(jié)構(gòu)：

1.1 信息采集層

收集信息，完成睡眠蛋的檢測和控制，可感知和控制蛋內(nèi)環(huán)境狀態(tài)。

1.2 信息傳輸層

將收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，可以通過路由器連接到后臺(tái)服務(wù)器，實(shí)時(shí)收集睡眠蛋內(nèi)的信息，對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行融合處理。

1.3 信息管理層

信息管理及信息決策，云服務(wù)器作為后臺(tái)，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析處理以及智能決策，保證系統(tǒng)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)安全。

智能睡眠蛋系統(tǒng)整體工作結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能睡眠蛋系統(tǒng)整體工作結(jié)構(gòu)

由上述智能睡眠蛋系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可知，這3層結(jié)構(gòu)可完成睡眠蛋基本功能：實(shí)現(xiàn)線上預(yù)約時(shí)間，艙門人臉識(shí)別開鎖，啟動(dòng)自動(dòng)更換床單、通風(fēng)換氣、殺菌消毒，進(jìn)入睡眠蛋內(nèi)觸發(fā)消防功能模塊、環(huán)境質(zhì)量檢測模塊以及其他模塊，通過云服務(wù)器可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)[3]。

2 系統(tǒng)功能模塊分析

2.1 人臉識(shí)別模塊

使用人臉識(shí)別系統(tǒng)可以對(duì)智能睡眠蛋使用者進(jìn)行有效的識(shí)別驗(yàn)證和信息登記，具有較好的安全性、穩(wěn)定性與保密性。主要包括主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、人臉圖像采集與識(shí)別模塊、檢測模塊。

（1）主控模塊：信息的主要控制和工作分配，根據(jù)提前錄入的算法對(duì)人臉進(jìn)行匹配，如若成功，識(shí)別通過；反之，則識(shí)別失敗[4]。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：包括智能睡眠蛋使用者的個(gè)人信息以及人臉圖像信息等，是龐大的數(shù)據(jù)信息的集成體系。

（3）人臉圖像采集與識(shí)別模塊：系統(tǒng)的輸入與識(shí)別部分，實(shí)現(xiàn)人臉圖像的采集以及信息的管理與識(shí)別。

（4）人臉檢測模塊：對(duì)人臉進(jìn)行檢測識(shí)別，送入數(shù)據(jù)庫通過主控模塊進(jìn)行對(duì)比識(shí)別。

人臉識(shí)別處理過程如圖2所示。

圖2 人臉識(shí)別處理過程示意圖

如今，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，有很多實(shí)際的應(yīng)用，這里通過OpenCV提供用來檢測人臉?biāo)惴ê瘮?shù)實(shí)現(xiàn)[5]。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)人臉特征信息進(jìn)行采集，經(jīng)過反復(fù)的處理，進(jìn)行特征提取，系統(tǒng)進(jìn)行人臉識(shí)別，進(jìn)而打開門[6]。

2.2 自動(dòng)化床單更換模塊

因?yàn)樾枰３謨?nèi)部整潔，但床單更換的人力成本較高，所以我們借助自動(dòng)化床單更換裝置對(duì)睡眠蛋內(nèi)用過的床單進(jìn)行自動(dòng)更換。主要包括第一滾軸、第二滾軸和控制設(shè)備。

（1）第一滾軸：用于纏繞干凈的目標(biāo)床單的一端，在第二滾軸的帶動(dòng)下，以相同大小的角度進(jìn)行自轉(zhuǎn)。

（2）第二滾軸：和第一滾軸平行設(shè)置，用于纏繞用過的目標(biāo)床單的第二端，第一端和第二端為相對(duì)的兩端。

（3）控制設(shè)備：和第二滾軸連接，用于控制第二滾軸的自轉(zhuǎn)，以使目標(biāo)床單向第二滾軸纏繞且從第一滾軸上轉(zhuǎn)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)已用部分的更換[7]。

睡眠蛋床單自動(dòng)更換裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 睡眠蛋床單自動(dòng)更換裝置結(jié)構(gòu)圖

2.3 室內(nèi)環(huán)境檢測模塊

雖然睡眠蛋兩側(cè)有換氣扇，但空間依舊十分密閉，因此容易導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境溫度升高，濕度上升和氧氣不足，一些身體抵抗能力弱的人容易引發(fā)生命安全問題[8]。所以需要保證使用者能長期處于優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)環(huán)境。在這一部分采用STM32芯片作為室內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)采集的主控模塊，通過溫濕度傳感器、氣壓傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等檢測模塊采集室內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后通過路由器將數(shù)據(jù)傳送至云服務(wù)器，通過信號(hào)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互[9]。

通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)接收室內(nèi)環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，對(duì)多種參數(shù)進(jìn)行融合處理，將信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)環(huán)境需要或者用戶指令進(jìn)行智能決策調(diào)節(jié)[10]，當(dāng)然，使用者也可根據(jù)自己需要手動(dòng)調(diào)節(jié)。

室內(nèi)環(huán)境檢測模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 室內(nèi)環(huán)境檢測模塊結(jié)構(gòu)圖

2.4 殺菌消毒模塊

殺菌消毒模塊就是由紫外線燈照射進(jìn)行消毒殺菌，當(dāng)后臺(tái)檢測到本次消費(fèi)結(jié)束后會(huì)自動(dòng)控制智能睡眠蛋開啟紫外線燈進(jìn)行殺菌消毒工作，以保持智能睡眠艙干凈、衛(wèi)生。

殺菌消毒模塊控制流程如圖5所示。

圖5 殺菌消毒模塊控制流程圖

2.5 語音音樂模塊

語音音樂模塊在智能睡眠蛋使用者在進(jìn)入睡眠蛋后自動(dòng)開啟，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)使用者預(yù)約的使用時(shí)間來設(shè)置時(shí)間提醒。使用者人臉識(shí)別成功后會(huì)觸發(fā)“歡迎使用”語音模塊，在使用時(shí)間2 min時(shí)，啟動(dòng)音樂模塊，讓使用者在音樂中緩慢蘇醒。使用者也可以根據(jù)自己需要選擇手動(dòng)開啟定時(shí)模塊或者關(guān)閉語音音樂模塊。

2.6 消防功能模塊

消防安全問題是大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)必須考慮到的因素，消防功能模塊是最基礎(chǔ)的模塊，當(dāng)檢測到有火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟報(bào)警功能。消防功能保持24 h開啟狀態(tài)，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行防范。

消防報(bào)警功能模塊如圖6所示。

圖6 消防報(bào)警控制系統(tǒng)原理圖

2.7 其他模塊

為完善智能睡眠蛋系統(tǒng)，根據(jù)制作經(jīng)費(fèi)和用戶需求的不同可適當(dāng)增加一些娛樂項(xiàng)目的模塊。

3 智能睡眠蛋的應(yīng)用價(jià)值

3.1 對(duì)社會(huì)的價(jià)值

從社會(huì)角度出發(fā)，首先，智能睡眠蛋占地面積小，可疊加放置且隱私性強(qiáng)，不會(huì)占用較大的公共資源，可將該睡眠蛋提供給對(duì)睡眠有需求的場地，如火車站、學(xué)校圖書館、旅游景點(diǎn)以及各個(gè)企業(yè)。其次，該共享睡眠蛋從一定程度上解決了社會(huì)上許多人的碎片化睡眠問題，從而提升了他們的工作效率，進(jìn)而提升社會(huì)效益。

3.2 對(duì)運(yùn)營商的價(jià)值

從運(yùn)營商角度出發(fā)，首先，我國的睡眠行業(yè)市場前景大，且睡眠產(chǎn)業(yè)具有巨大的利潤和發(fā)展空間。此外，該智能睡眠蛋采用智能化管理，許多原本需要人工完成的事情現(xiàn)在采用自動(dòng)化處理，不用另外安排人力，為運(yùn)營商節(jié)省了一筆不小的成本。

3.3 對(duì)使用者的價(jià)值

從用戶角度出發(fā)，首先，該蛋殼由隔音隔熱材料構(gòu)成，保證了室內(nèi)環(huán)境不受室外的影響，蛋狀的外殼喚醒人類對(duì)母親子宮的本能眷戀，讓人睡得舒心。其次，智能睡眠蛋安靜、安全、衛(wèi)生，且該系統(tǒng)盡量簡化使用流程。用戶只需關(guān)注微信公眾號(hào)進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證注冊(cè)，錄入人臉信息，然后進(jìn)行智能睡眠蛋系統(tǒng)的預(yù)約申請(qǐng)，申請(qǐng)成功后，到了預(yù)約時(shí)間即可刷臉進(jìn)入睡眠蛋內(nèi)開始休息。

4 結(jié)束語

基于共享經(jīng)濟(jì)下的智能睡眠蛋系統(tǒng)，是在共享經(jīng)濟(jì)下誕生的一種新型共享產(chǎn)品。現(xiàn)如今的城市的睡眠市場依然存在，碎片化睡眠需求也日益增加，要做好這方面的工作就必須做好充足的市場調(diào)研，運(yùn)用科學(xué)的手段，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等方面的新技術(shù)建設(shè)一個(gè)完整的智能睡眠蛋系統(tǒng)。同時(shí)，在今后的日常工作開展中，不斷的優(yōu)化和完善系統(tǒng)的功能，逐漸滿足各方面的要求，給使用者帶來更好的體驗(yàn)。