基于物联网技术的智慧宿舍管理系统
盛培雷 庄旭菲 孙瑞 何闽 李特恩 洪一然
摘 要：随着社会经济结构的不断变化和信息技术的迅速发展，人们对宿舍环境的舒适性、安全性、便捷性等提出了更高的要求。宿舍居住条件有限，无法精确感知环境变化，无人情况下难以对突发情况做出预警，更缺乏对多个宿舍进行统一管理的手段。文章设计的智慧宿舍管理系统可以精确感知宿舍内的环境变化，通过语音命令或手机APP实现宿舍家居设备控制功能，并针对宿舍的安防情况作出警告提醒，还实现了宿舍人员的权限管理功能。
关键词：智慧宿舍;环境监测;远程控制;语音识别
0 引言
随着信息技术和物联网技术的不断发展，人们对宿舍的居住环境提出了更高的要求。同时越来越多的人群要求智慧宿舍类产品不仅要具备智能，更要求整个系统能够在功能拓展、外延以及服务方面可以做到更简单、更方便、更安全。
物联网技术在其中的应用，使得宿舍居住环境中的各个部分能够有机地组织起来，形成一个完整的系统，继而通过智能网关与互联网相连，从而实现无缝感知和远程宿舍设备控制功能[1]。
1 系统设计
智慧宿舍系统的主要设计目标是，在实时采集宿舍环境数据，远程反映给用户的同时，接受用户远程发送的指令，实现对宿舍的远程管理，提高宿舍人员的生活质量。在此基础上，为了提高智慧宿舍和用户的交互性，还为智慧宿舍增加了语音控制功能[2]。
1.1 硬件总体设计
智慧宿舍的硬件设计部分中，采用了基于功能的模块化设计方法，主要分为核心控制模块、环境检测模块、设备控制模块、语音识别模块，硬件结构如图1所示。
核心控制模块采用基于ARM Cortex-A72的Raspberry Pi 4B，其中无线连接模块采用乐鑫ESP32-S2 WiFi模块，可以支持USB，简化使用程序。环境检测模块采用DHT11传感器采集温湿度，MQ-2传感器感应烟雾，通过E18-D80NK红外测距传感器检测宿舍人员出入，利用GL5516A（5-10K）光敏电阻检测光强。设备控制模块则包含针对宿舍内各种设施的控制开关。语音识别模块使用LD3320芯片，能够提供基于“关键词语列表”的识别技术，具有高精准度和高适用性等特点。
环境数据采集、设备控制与核心控制模块之间采用MQTT协议进行数据传输，在核心控制模块与互联网之间则采用FRP反向代理技术实现内网穿透。
1.2 软件总体设计
智慧宿舍的各类终端设备主要提供设备控制和环境数据查询等功能，扩展了宿舍家居设备的控制范围，是不可或缺的组成部分。
Raspberry Pi 4B实现了网关功能，将采集到的所有环境数据发送至位于互联网之中的服务器端。用户终端能够登录服务器，进行环境数据读取，发送针对宿舍设备的控制指令。系统网络拓扑如图2所示。
智慧宿舍的手机APP基于Android平台进行开发，实现了用户登錄注册、环境数据查看、宿舍设备控制功能。软件流程如图3所示。
2 功能模块设计
2.1 宿舍环境监测
宿舍环境监测，可以帮助用户及时、客观、全面地了解宿舍环境条件，对生活环境的评估有了真实有效的依据。包含温度、湿度、光强、烟雾监测和宿舍人员出入情况统计。
其中温度、湿度与光强可作为判断环境状态的数据，红外线传感器能够感知宿舍内人员情况。烟雾传感器则能够感知宿舍内部的烷类烟雾，具有极高的敏感度和抗干扰性，能够有效地预防火灾发生。
2.2 设备控制
对宿舍内的各类设备进行统一的控制管理，是实现远程控制的必要条件。
以风扇、电灯为代表的电器，需要检测其当前电源状况，通过远程指令切断或开启电源。以门、窗帘为代表的硬件设施，则开启电机控制其开启或关闭。
2.3 语音识别
使用语音识别功能，实现用户通过语音命令进行关灯、开灯、关窗、开窗操作。
当LD3320芯片检测到用户语音输入后，便会送入芯片内的语音识别器进行识别，识别与列表中相似度最高的一条作为其识别结果。若存在识别结果，则向系统发出中断请求，中断将读取出识别结果，调用已经设计好的指令，完成灯光及窗户控制功能。
2.4 服务器端
服务器端负责智慧宿舍的远程环境数据、用户信息以及设备控制日志信息的存储，搭建了MySQL数据库，实现了与智慧宿舍网关、手机APP之间的通信功能和数据发布功能。
3 结语
运用数据采集技术、语音识别技术、网络通信技术，完成了针对宿舍环境监测和设备控制功能。经过测试，系统各模块功能正常，各类环境数据采集并反馈的数据误差较小，较为精准[3]。
本文设计的智慧宿舍管理系统，能够提供宿舍无人安全保障，对宿舍设备控制方式死板等问题进行了相应优化，提供给用户更加简单、方便、安全的生活环境。同时，添加了多种用户与宿舍内设备的交互手段，保证了宿舍无人时的用户对宿舍的管理能力。
下一步的研究工作，计划对智慧宿舍管理系统继续进行研究，并考虑扩大面向人群，针对宿舍管理员进行相关的功能扩展，赋予不同等级的管理员对各个宿舍的相应管理权限。
[参考文献]
[1]张美平，吴德平，王灿杰，等.基于树莓派的智能家居设计与实现[J].计算机系统应用，2019（8）：109-114.
[2]辛阅，黄浪尘，李家儿.学生宿舍远程智能管理系统设计[J].软件，2020（3）：79-83.
[3]程翔，徐正荣，张坤明.基于物联网的智能家居控制系统设计[J].传感器与微系统，2021（3）：106-108.
（編辑 傅金睿）
Intelligent dormitory management system based on Internet of Things technology
Sheng Peilei， Zhuang Xufei*， Sun Rui， He Min， Li Teen， Hong Yiran
（School of Information Engineering， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010080， China）
Abstract：With the continuous change of social and economic structure and the rapid development of information technology， people put forward higher requirements for the comfort， safety and convenience of dormitory environment. Due to the limited living conditions of dormitory， it is difficult to accurately perceive the changes of environment; it is difficult to make early warning for emergencies when there is no one and it is also lack of unified management means for multiple dormitories. The smart dormitory management system designed in this paper can accurately sense the environment changes in the dormitory， realize the dormitory home equipment control function through voice commands or mobile phone app， and give warnings and reminders for the security situation of the dormitory， and also realize the authority management function of dormitory personnel.
Key words：intelligent dormitory; environmental monitoring; remote control; speech recognition
猜你喜欢语音识别远程控制环境监测分析3S技术在生态环境监测中的应用西部论丛(2020年1期)2020-10-13环境监测在环保验收监测中的应用农民致富之友(2020年21期)2020-07-18基于微信公众平台的语音机器人科技资讯(2018年3期)2018-06-06一种利用人工神经网络优化语音识别的方法数字技术与应用(2017年10期)2017-12-21严惩环境监测数据造假 谁签字谁负责中国经济周刊(2017年39期)2017-10-20严惩环境监测数据造假 谁签字谁负责中国经济周刊(2017年39期)2017-10-20基于有限状态机的语音辅助系统电子技术与软件工程(2017年11期)2017-06-10基于微信公众号的智能玩具系统研究无线互联科技(2017年4期)2017-05-23具有语音识别和跟踪功能的玩具机器人控制系统设计科技创新导报(2016年26期)2017-03-13对变电站防入侵智能布防系统的研究叶军辉科技与创新(2016年4期)2016-03-16