基于云端平臺的智慧宿舍管理系統設計

劉家祺 梁桓寧 胡云聰

摘要 互聯網的普及和物聯網技術的迅猛發展，給數字化校園建設背景下的宿舍管理提供了新視角。文章分析了智慧宿舍管理系統的軟硬件組成結構，應用控制板、傳感器及云服務等物聯網技術設計了一個基于云端平臺的智慧宿舍管理系統，最后介紹了系統設計內容和應用功能。

【關鍵詞】云端平臺 宿舍管理 物聯網 智慧管理

1 引言

近年來，互聯網與物聯網技術已經深入到普通大眾的日常工作和生活應用中，基于云端的各種管理平臺為人們提供了極大的便利。例如，數字化校園通過對傳統校園的環境、資源及應用數字化，拓展現實校園的時空維度，提升校園的運行效率和管理水平。

當前很多學校的學生宿舍管理往往落后于數字化校園建設水平，雖然大學生數量不斷增加和對居住環境需求不斷提升，但是大多數學校宿舍管理仍然停留在采用人工管理、手動記錄與查詢數據的階段。顯然，宿舍管理數據變動需求較大，數據量較為龐雜，傳統的人工記錄與人工管理的形式已經難以滿足日益增長的宿舍管理需求。當前，國內有基于物聯網技術的宿舍管理，在一定程度上能滿足現代宿舍管理的智能需求。但是，如果將數據庫與云端平臺結合，可以更有效地節省工作時間和提高工作效率，因而基于云端平臺的物聯網技術用于智慧宿舍管理系統顯得尤為必要。

智慧宿舍管理系統以控制板結合傳感器感知宿舍環境信息，并與云端平臺建立連接后將感知的信息傳送到云服務器存儲。在云服務器上，搭建了宿舍管理的數據庫并安裝了服務器軟件，用戶可以通過網頁或移動終端，在權限內對宿舍管理信息進行瀏覽、查詢、修改、回復等多種操作。管理人員還可以根據全校宿舍管理的日常信息進行綜合分析，為智慧管理提供決策依據。結合互聯網與物聯網的智慧宿舍管理是數字化校園建設的重要部分，將提升學校的校園管理水平，對師生的工作和學習生活產生積極的影響。

2 智慧宿舍管理系統結構

基于云端平臺的智慧宿舍管理系統包括環境信息感知、云端平臺和用戶終端三部分，系統總體結構如圖1所示。

（1）環境信息感知底層是由控制板控制煙霧、溫濕度、圖像、紅外等傳感器采集宿舍環境信息，同時控制板與云端平臺建立連接，將環境信息實時傳送到云服務器存儲。

（2）云端平臺搭建了宿舍管理的數據庫，可以與底層控制板、用戶終端設備進行數據傳輸。云服務器上的數據庫存儲有宿舍環境信息以及宿舍各種日常管理信息，包括人員、公告、衛生、維修等。此外，云平臺在Linux下安裝Tomcat服務器并部署了Web應用。

（3）用戶通過網頁或移動終端，以Web方式遠程訪問云平臺，提取數據并處理后展現成圖表形式以便直觀的觀察。

智慧宿舍管理系統采用基于云端平臺的管理模式，將本地傳感器數據同步上傳至服務器，再通過網頁瀏覽器或應用App訪問服務器的數據。感知底層采用煙霧、溫濕度、圖像、紅外等傳感器采集宿舍環境信息，用于反映學生宿舍的安全狀況，系統在實現宿舍日常在線管理的同時，還能實時監控宿舍安全。

3 宿舍管理系統設計

根據宿舍管理系統劃分的三個部分，主要介紹本地底層的宿舍環境信息感知、云平臺的數據庫管理及Web應用的設計內容。

3.1 環境信息感知

宿舍本地環境信息感知以控制板為核心，再配置煙霧、溫濕度、圖像、紅外傳感器，分別對宿舍溫濕度、紅外、煙霧狀況以及對主要樓道視頻進行監控。控制板獲取傳感器數據，同時作為設備網關通過有線/無線方式接入互聯網，與云平臺服務器建立連接，實現宿舍本地環境信息的實時上傳。

環境信息感知使用的控制板、傳感器等是智慧宿舍管理系統實現實時監控的主要硬件平臺。

3.2 數據庫管理

云平臺的數據管理包括存儲本地控制板上傳的環境信息數據、宿舍日常管理的學生信息、管理公告、衛生及維修等數據，并在有用戶數據請求時提供相關數據以便調取。為了實現管理功能，需要建立一個宿舍信息數據庫用來存儲和管理各種數據。

根據所需的功能以及系統結構，繪制E-R圖如圖2所示。

在數據庫結構設計中，對應不同類型的信息進行數據表設計，具體設計需要包括用戶信息表User、公告信息表News、宿舍檢查得分表Scores、出入人員信息表IO Person、維修信息表Repairing和傳感器數據表Sensers。

3.3 Web應用

用戶通過網頁瀏覽器或應用App訪問服務器的數據，需要以云端服務器為基礎，將瀏覽內容、控制界面等以各種網頁顯示樣式或應用App要求的形式展現出來。具體地，對反映宿舍安全狀況的感知數據監控，可以以圖表形式直觀地展示數據。對需要日常管理的宿舍信息，如學生個人信息、管理公告、報修申請等，應該進行合理設置和整理，使這類較龐雜的信息更加易于組織，而且數據安全性也能得到保障。

用戶在前端對各類宿舍信息查詢以及對宿舍日常管理，都基于如圖3所示的多個功能模塊來實現。

4 宿舍管理系統實現

傳統的宿舍管理以人力為主，將各種宿舍管理數據通過手寫形式記錄并保存在紙質載體中，而對宿舍的安全監控多依賴宿舍管理員，維護宿舍設施和環境監控較為困難。而智慧宿舍管理系統通過物聯網技術將本地的“控制板+傳感器”設備與云端服務器相聯，提供了快捷安全的信息獲取和存儲途徑，同時管理人員用電腦或移動終端觀察宿舍的實時監控狀況，便于及時進行管理和維護。

4.1 硬件平臺

在底層硬件中，控制板使用ArduinoUNO，內置處理器ATmega328P、多路輸入/輸出接口以及1個USB接口，可以將煙霧、溫濕度、圖像、紅外傳感器通過數字或模擬輸入引腳連接。各種傳感器技術參數如表1所示。

Arduino控制板沒有直接提供網絡接口，選用適合Ethemet網絡擴展板，通過該模塊可以使用網絡控制讀寫Arduino的數字和模擬接口。

4.2 軟件編程

智慧宿舍管理系統的軟件編程主要包括本地底層傳感器數據采集、Ethemet網絡控制、云平臺的數據庫管理及Web應用的設計內容。傳感器數據采集及網絡控制使用c/c++編程，云平臺MySQL數據庫的建立和維護使用SQL語言，Web應用使用JSP技術進行開發。

其中，實現傳感器數據采集及監控的程序示例如下。

Int PIR=1;

∥紅外傳感器連接Digital1接口

Int VIDEO=2：

∥視頻監控器連接Digita12接口

int val;

val= analogRead（0）;∥模擬口AO讀取氣體傳感器的值

Serial.println（val，DEC）; ∥將值打印到串口

delay（100）;

if（digitalRead（PIR）==HIGH）∥有人通過（PIR高電平）

digitalWrite（VIDEO，HIGH）;∥視頻監控模塊開啟

else

digitalWrite（VIDEO，LOW）;∥視頻監控模塊關閉

4.3 系統功能

宿舍管理系統的Web應用使用網頁和移動App形式。用戶通過電腦或移動終端進行傳感器控制和數據處理操作，調取云服務器中的環境監控信息實現瀏覽、查詢、修改、回復等工作。

Web應用的瀏覽效果示例如圖4，左邊一欄是實際宿舍管理中的相關工作，例如查看當前宿舍環境、增刪更改學生住宿信息、登記和查看報修信息等等。

5 結語

智慧宿舍管理系統不同于傳統的宿舍管理模式，首先系統使用物聯網技術進行宿舍環境信息自動獲取和實時更新，能夠反映學生宿舍的安全狀況。同時，系統基于云端平臺進行開發，宿舍管理的大量龐雜數據都上傳到云服務器保存，防止可能的數據丟失和人為破壞。最后，學校管理部門可以根據宿舍管理的日常信息進行綜合分析，為智慧管理提供決策依據。智慧宿舍管理還需要結合學校的管理理念和具體要求，其設計開發還將隨著物聯網技術的發展加以完善，未來值得探討通過云端操控更多的宿舍公共設備與資源，推進智慧宿舍的智能化管理水平。

參考文獻

[1]趙安新，廖曉群，“互聯網+”時代數字化校園建設思考及對策[J].中國教育信息化，2016 （11）：275-276

[2]都妍美，基于物聯網的智慧宿舍系統設計[J].電子世界，2015 （15）： 54-55.

[3]王峰，黃剛，基于云平臺的計算機實驗教學中心建設[J].實驗技術與管理，2 014 （12）：121-123，143.

[4]崔陽，張維華，白云峰，一種基于Arduino的智能家居控制系統[J]，電子技術應用，2014 （04）：123-125.

[5]劉艷艷，基于嵌入式的智能家居監控系統[J].電子世界，2017 （24）：112-113.

[6]李秀紅，徐介新，呂蘭蘭，王勍，基于JsP的高校實驗室管理系統的設計與實現[J].軟件工程，2017 （06）： 24-26.

[7]康文杰，王勇，俸皓，云平臺中MySQL數據庫高可用性的設計與實現[J].計算機工程與設計，2018 （01）： 296-301.