校園浴室智能引導與預定系統設計

2019-06-27 00:09:09葉子都寧張好李浩智梁琨

科技創新與應用 2019年9期

葉子都寧張好李浩智梁琨

摘? 要：高校浴室常會出現人員流量高峰不平衡、浴間使用情況未知、衣柜占用率高等問題，給學生們的校園生活帶來諸多不便。本系統基于“互聯網+”理念，融合了物聯網感知、無線通信和智能分析等技術，采用紅外傳感器、溫濕度傳感器等實現浴室人員和環境的多維實時感知，對客流量進行數據采集與統計分析，動態智能估算各時段浴室的使用率，并利用手機APP對浴室人數、溫度、空氣濕度等信息進行實時動態可視化展示，從而實現錯峰洗浴以及浴室的智能化服務。

關鍵詞：預定系統;安卓開發;校園浴室

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）09-0058-03

Abstract： Bathroom in Colleges and universities often have problems such as unbalanced peak flow of personnel， unknown use of bathrooms and high occupancy rate of wardrobes， which bring many inconveniences to students' campus life. Based on the concept of “Internet +”， the system integrates the technologies of Internet of things sensing， wireless communication and intelligent analysis. It uses infrared sensors， temperature and humidity sensors to realize the multi-dimensional real-time perception of bathroom personnel and environment. Data collection and statistical analysis of passenger flow are carried out， and the utilization rate of bathrooms in each period is estimated by dynamic intelligence. The mobile phone APP is used to display the bathroom number， water temperature， air humidity， idle time prediction and other information dynamically in real time， so as to realize the intelligent service of staggered peak bath and bathroom.

Keywords： Reservation; Android; Bathroom

引言

隨著物聯網技術、大數據、人工智能技術的不斷進步，社會信息化的程度不斷的提高，公共設施逐漸趨向智能化發展，智能化服務得到了極大的提升和飛躍，智能家居的概念逐漸被人們所熟悉。例如上海虹橋火車站的廁所智能引導系統，使用戶在衛生間外就能對廁位的使用情況了如指掌。該系統有使用戶更直觀的了解廁所情況、節約用戶時間、提高廁所使用效率等優點，方便了人們的生活。校園浴室作為校園生活不可或缺的一部分，在學生學習、生活中發揮著極其重要的作用。在這個快速發展的時代，給學生提供一個高效舒適的浴室環境一直都是各個高校追求的目標。

現如今，高校浴室常會出現以下問題，如：浴室人員流量高峰不平衡、浴間使用情況未知、衣柜占用率高等問題，這些問題給同學們的校園生活帶來諸多不便。校園浴室智能引導與預定系統可以將浴室環境情況反映到用戶手機APP上，讓用戶隨時隨地查看浴室的溫度、濕度、人員流動等情況，幫助用戶做出正確決策，躲避洗浴高峰時段，節省用戶等待時間，提高校園生活的滿意度和舒適度。同時，本系統適用性強，可以應用到各種景區、飯店、醫院等等。

1 智能系統整體設計

校園浴室智能引導與預定系統基于傳感器和Android平臺，融合了物聯網實時感知、多維感知與智能通信等技術，通過紅外傳感器、數據可靠傳輸[1]等技術實現對數據的采集及可靠的傳輸，通過對客流量的統計與分析，動態智能估算未來的人員流動情況，了解浴室的占用率，并且用戶可以突破地域限制，隨時隨地通過智能移動終端手機APP進行實時動態展示（人員流動情況、溫度、空氣濕度等等），實現錯峰洗浴，以及浴室的智能化服務。

本系統采用B/S結構[2]，包括客戶端、服務器端，以及各種傳感器設備。客戶端的功能是與用戶完成交互，完成注冊、登錄、查看天氣情況、瀏覽浴室內溫度和濕度、浴室人數、賬戶余額等操作。服務器端的功能是處理客戶端的請求，客戶端和傳感器端的數據傳輸也是通過服務器來完成的。服務器端通過預留接口與客戶端進行通信，系統架構如圖1所示。

2 軟件平臺實現

2.1 軟件功能架構

校園浴室智能引導與預定系統APP部分包括用戶模塊、浴位預定、天氣模塊、其他模塊功能。本系統包含的功能模塊如圖2所示。

2.2 軟件功能實現

2.2.1 服務器端和通信的實現

Web服務器主要是由用戶數據管理模塊、浴室環境管理模塊、浴室客流量估算三個模塊組成。

用戶數據管理模塊，主要是對用戶注冊、登陸時數據的校驗，管理用戶當前的狀態。浴室環境管理模塊，則是對浴位當前狀態、浴室環境（如溫度、濕度）進行管理。以上兩個模塊的實時性要求比較高，包括用戶狀態、浴位當前狀態等等。考慮到未來軟件用戶量龐大，使用時間較為集中，短時間內數據請求量過大的情況，本系統采用了redis緩存[3]來提高對數據的處理能力，并定期對數據進行持久化維護以保護數據的穩定性。浴室客流量估算是通過對之前很長一段時間的浴室使用情況的持久化數據的分析，來預測未來一段時間內浴室的同期使用情況，并推薦浴室最佳使用時間。

服務器提供了與客戶端通信的API接口。服務器和客戶端的通信采用 WebSocket（無連接的字節流類型），它是一種在單個TCP連接上進行全雙工通訊的協議，工作比較簡單，于是客戶端和服務器端的通信就很直接，不需要再重新建立一個通道。連接建立成功后，服務器將接收到的信息主動向客戶端發送，網絡傳輸效率較高。[4]服務器與客戶端的連接方式如圖3所示。

2.2.2 客戶端的實現

本系統基于安卓開發，手機客戶端采用安卓操作平臺，其用戶操作的流程如下如圖4所示。

用戶啟動APP后，先判斷是否處于登錄狀態，若沒有登錄則引導用戶注冊并登錄。登錄成功后，用戶可以查看到浴室的溫度、濕度，以及浴位的使用情況，并接收到用戶提示智能推薦洗浴時間，同時，本系統還提供在線預定功能。

（1）對客流量的統計分析

通過對傳感器傳來的信號進行匯總與統計，我們會獲得一個當前浴室人數的數據，計算浴室使用率，并將該數據顯示到手機APP上。

本系統還對測得的人流量進行了匯總分析，根據服務器提供的數據，將一周的各個時間段的人數繪制成了折線圖，并且對其進行分析。實驗選取了某一周的早晨8：00到晚上10：00的客流量檢測情況，實驗表明每天下午及晚上的人流量會顯著增多，而且周末洗浴的人數會大幅度的增加，如圖5所示。本系統根據該數據，對用戶的洗浴時間進行智能的推薦和合適的提醒，讓用戶能夠有更好的洗浴體驗。

（2）智能估算高峰時段

每當用戶打開軟件時，軟件會自動向服務端發出請求，請求結果用JSON格式發送給客戶端[5]。客戶端用GSON對JSON進行解析，把解析的數據異步加載到對應的控件上，給用戶顯示當前浴室環境、人流量等數據，有了正在洗浴的人數和浴位數，我們就可以計算浴室的使用率：浴室使用率=人數/浴位數，并將其以餅狀圖的形式顯示到用戶的手機APP上。本系統還會對得到的數據進行分析，判斷其數值的所在區間，并對用戶做出對應的準確合理友好的提示，從而實現錯峰洗浴以及浴室的智能化服務。

（3）浴位在線預定模塊

設用戶去澡堂洗澡的時間為T，在T時間段內去澡堂洗澡的人數為P，預定洗澡的順序為N，澡堂的最大容量為M，則錯峰洗浴算法如下：

（4）多維感知與可視化展示

軟件向服務端發出請求，獲取當前浴室情況的數據，比如浴室溫度、浴室濕度等，在后臺會將獲取到的數據傳入MPAndroidChart控件中制成餅圖，并以圖表的形式展示出來，然后顯示到手機APP上，讓用戶更直觀的去了解浴室當前狀況，如圖7所示。

3 硬件功能實現

光線感應電路：

光敏電阻傳感器[6]常用于日常生活中對光的測量、控制以及光電之間的轉換。而使其阻值發生變化的光線人眼都能觀察到。

在本系統中，使用光敏電阻來監測每個浴位的占用情況。當用戶將卡片插入卡槽時，卡槽環境變暗，光敏電阻阻值升高，單片機檢測到電流變化后就會向服務器發送該浴位有人的信息，服務器隨即將該浴位的狀態標記為“占用”。同理，在用戶離開時，卡片從卡槽中拿出，單片機向服務器再次發出信號，解除其的“占用”狀態。

4 結束語

基于前期調研、大致的市場分析以及用戶的需求，本系統將為用戶帶來便利感和舒適感體驗，解決了浴室客流量不平衡的問題，有效的利用浴室資源，提高了校園管理服務效率。本系統也適用于食堂、醫院、博物館等人群密集處，可以平衡人員流動，有利于服務質量的提升。

參考文獻：

[1]王海勇.無線傳感器網絡數據可靠傳輸關鍵技術研究[D].南京郵電大學，2016.