基于物联网技术的智慧宿舍管理系统.docx

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基于物联网技术的智慧宿舍管理系统

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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ARMCortex-A72的RaspberryPi4B，其中无线连接模块采用乐鑫ESP32-S2WiFi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。

RaspberryPi4B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