基于私有化部署的智能感知饮水机集群管理系统的设计.pdfVIP

摘要

随着生活质量的提高，“智能家居”类产品已成为当今高品质生活不可或缺

的一部分。与此同时，为解决多种终端设备接入管理带来的新难题，“云+物联

网+端”组成的管理系统模式应运而生，并在社会各个领域得到广泛应用。本文

提出了一套基于私有化部署的物联网解决方案，为智能家居系统数据安全保护提

供了新途径。基于此方案，以饮水机终端为例，设计实现了基于智能感知技术的

饮水机集群管理控制系统。进行了以下主要研究：

（1）基于深度学习语音识别、人形检测等智能感知技术的泡茶饮水机设计。

为提升目前饮水机的智能性以及实用性，本文基于卷积神经网络训练的语音指令

模型支持语音一键唤醒和控制；采用热释电红外感知技术实现人体智能监测，使

得饮水机可以提前预热而缩短取水或者泡茶的等待时间，满足快节奏的生活状态。

（2）基于私有化部署的物联网集群管理系统的设计。本文将多饮水机终端

接入物联网监测云平台组成集群管理系统，实现对饮水机的远程监控、智能控制

和集群管理，提高了饮水机的运营效率和管理水平。该系统基于开源EMQX消

息服务器和技术栈一致的.NET6跨平台互联网开发技术进行私有化部署，可以保

障数据传输的安全性和私密性。基于B/S设计模式，首先采用树莓派组建了嵌入

式微型服务器端，其次基于MVVM架构计完成了Web云端监测平台与APP，

能实现饮水机的水质变化和工作状态智能监测、远程操控以及系统升级。

本文设计的基于智能感知技术的速热式泡茶饮水机通过深度学习网络进行

模型训练，基础指令集准确率达到98%，证明该指令模型能够完成一键唤醒与语

音控制功能。饮水机人形检测技术巧妙实现了提前预热，缩短了用户取水过程中

加热等待时间，并能够解决待机能耗问题；采用改进型开环控制的前馈控制结合

遇限积分分离的PID算法提高了温控系统的响应速度，并解决了水温时滞模型

的温度超调现象，过程中均不会出现因超调导致的水烧开喷气现象。本集群管理

系统的私有化部署模式提供了更高的安全性和可控性，通过结合.NETMAUI与

Blazor框架能够简化APP的开发周期，与Web云端监测平台复用一套UI。

综上，本文以饮水机为例设计集群管理系统，并进行实际部署与测试，证明

了方案的可行性，为物联网智能家居系统设计提供了一种可靠的解决方案。

关键词：速热饮水机，智能感知，私有化，物联网，集群管理系统

ABSTRACT

Withtheimprovementofqualityoflife,smarthomeproductshavebecomean

indispensablepartoftodayshigh-qualitylife.Atthesametime,inordertosolvethe

newproblemscausedbytheaccessmanagementofvariousterminaldevices,the

managementsystemmodecomposedofCloud+InternetofThings+terminalhas

emergedandbeenwidelyusedinvariousfieldsofsociety.Thisthesisproposesasetof

IoTsolutionsbasedonprivatizationdeployment,whichprovidesanewwayfordata

securityprotectionofsmarthomesystems.Basedonthisscheme,takingthewater

dispenserterminalasanexample,theclustermanagementandcontrolsystemofthe

waterdispenserbasedonintelligentperceptiontechnologyisdesigned.Thefollowing

majorstudieswereconducted:

(1)Designofteadisp